Радиационно-термическая стойкость экстракционных смесей на основе трибутилфосфата в присутствии азотной кислоты

• Автор: Родин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 ЭКСТРАКЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ОЯТ НА ОСНОВЕ ТБФ
1.2 ИНЦИДЕНТЫ С ЭКСТРАКЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ И ПРИЧИНЫ..
1.3 ПРИЧИНЫ ПОПАДАНИЯ ЭКСТРАГЕНТА НА
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ОПЕРАЦИИ
1.4 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ТЕПЛОВОГО ВЗРЫВА
1.5 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ
1.5 МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЖ)3 С ОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
1.6 МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НМЭ3 С ТБФ И ЕГО РАСТВОРАМИ
1.7 ВЛИЯНИЕ РАЗНЫХ ФАКТОРОВ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ ЭКСТРАКЦИОННЫХ СИСТЕМ
1.8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ РЕАГЕНТЫ
2.2 ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.2.1 Насыщение растворов азотной кислотой
2.2.2 Облучение образцов
2.2.3 Термообработка образцов
2.2.4 Дозиметрия
2.3 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.3.1 Определение содержания кислоты методом потенциометрического титрования
2.3.2 Определение состава конденсированной и газовой фаз методом газовой хроматографии
2.3.3 Определение теплоты взаимодействия методом ДСК анализа.

2.4 УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭКСТРАКЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
2.4.1 Установка по определению параметров теплового взрыва для открытых систем
2.4.2 Установка по определению параметров теплового взрыва для закрытых систем
2.5 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ
ГЛАВА З.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ОТКРЫТЫХ АППАРАТАХ (ИЗОБАРНЫЕ УСЛОВИЯ)
3.1.1 Однофазные системы «Аддукт ТБФ с азотной кислотой
3.1.2 Системы с разбавителем
3.1.3 Двухфазные системы «экстрагент - азотная кислота»
3.2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ЗАКРЫТЫХ АППАРАТАХ (ИЗОХОРНЫЕ УСЛОВИЯ)
3.2.1 Системы с трибутилфосфатом
3.2.2 Системы с 30% раствором ТБФ в н-додекане
3.2.3 Системы с 30% раствором ТБФ в С-
4. ВЫВОДЫ
5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО БЕЗОПАСНОМУ ПРОВЕДЕНИЮ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОЯТ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
В настоящее время для переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) различных типов энергетических реакторов, как в России, так и за рубежом используется Пурекс-процесс, предполагающий совместное извлечение урана и плутония из азотнокислых растворов ОЯТ в экстрагент, представляющий собой 30 % раствор трибутилфосфата (ТБФ). Смеси экстрагента с окислителями, прежде всего с азотной кислотой, представляют потенциальную опасность в отношении возникновения неуправляемых экзотермических реакций, ведущих к тепловому взрыву.
Как в России, так и за рубежом известны случаи аварий на радиохимических производствах в процессе эксплуатации в результате теплового взрыва, при взаимодействии окислителей с экстракционной смесью подвергшейся радиационно-термическому воздействию (т.н. «красным маслом», «red oil»). Несмотря на высокую опасность возникновения аварийных ситуаций при переработке ОЯТ на радиохимическом производстве до настоящего времени состав «красного масла» неизвестен, информация о термической стабильности подобных продуктов в смесях с азотной кислотой отсутствует. Вопрос о влиянии радиационно-термической деструкции экстрагента на характеристики тепловых взрывов широко не рассматривался.
В связи с этим, и особенно с учетом постоянно увеличивающейся радиационной нагрузки на экстрагент вследствие увеличения глубины выгорания идущего на переработку ОЯТ до 80 ГВтс/т урана [1, 2], исследование эффектов радиационно-термической обработки экстракционных систем, ТБФ и его растворов в углеводородных разбавителях, а также определение термической стабильности в смесях с азотной кислотой являются весьма актуальной задачей.

2.2.2. Облучение образцов
Для облучения образцов применялся линейный ускоритель УЭЛВ-10-10ТМ (энергия 8 МэВ, длительность импульса 6 мкс, частота повторения импульсов 300 Гц, средний ток пучка <800 мкА, ширина развертки 245 мм, частота развертки 1 Гц) Пучок ускоренных электронов сканировали вдоль вертикальной оси сосуда с жидкостью. Мощность дозы составляла 1.2 кГр/с. Во избежание избыточного радиационного нагрева образцы облучались в прерывистом режиме - стадии облучения следовали через 12 мин одна за другой, и на каждой стадии облучения поглощенная доза составляла 9.5 кГр. В процессе облучения периодически измерялась температура образца, которая не превышала 40 °С. Облучение проводилось в стеклянном сосуде объемом 200 мл, снабженном гидрозатвором. Также применялась гамма-установка ГУГ 120 с использованием Со60 в качестве источника излучения; исследуемый раствор облучали в стеклянном сосуде объемом 200 мл с гидрозатвором при Т = 25-30 °С.
2.2.3 Термообработка образцов
Насыщеные азотной кислотой образцы подвергались термообработке в присутствии 8 моль/л азотной кислоты в открытой емкости при температуре 70°С в течение 4, 8 и 12 часов при соотношении объемов органической и водной фаз 1:2; таким образом имитировалось попадание органического раствора с большим содержанием кислоты в экстракционные аппараты. Также некоторые образцы выдерживались при 70 °С в течение 4, 8 и 12 часов в открытой емкости без контакта с азотной кислотой. Облученные образцы тоже подвергались термообработке в контакте с двойным объемом 8 моль/л азотной кислоты. Помимо всего прочего некоторые образцы подвергались термообработке в присутствии азотной кислоты при наличии обратного холодильника. В частности, при 100 °С органическая фаза с экстрагированной азотной кислотой выдерживалась в течение 4 часов, и органическая фаза в контакте с 12 моль/л водной азотной кислотой при органической и водной фаз