Экспериментальное обоснование процесса восстановления облученного оксидного уранового топлива металлическим литием в расплаве хлористого лития

• Автор: Ишунин, Владимир Станиславович
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор ранее проведенных исследований

1.1 Исследования, проводимые в США.

1.2 Работы КЛЕШ, Республика Корея

1.3 Совместные работы специалистов Японии и Великобритании.

1.4 Исследования в РФ, Франции, Испании, Германии, Великобритании

1.5 Выводы.

Глава 2. Методы проведения исследования

2.1 Описание схемы эксперимента

2.2 Анализ процесса восстановления оксидов урана до металла литием в среде расплавленного хлорида лития.
2.3 Состав и схема экспериментальной установки.
2.4 Перечень и спецификация выбранных химических, радиохимических и физических методов анализа.
2.5 Выводы.
Глава 3. Эксперименты с имитаторами
3.1 Эксперимент 1. Проверка всех систем и безопасности при работе с литием .
3.2 Эксперимент 2. Испытания мешалки.
3.3 Эксперимент 3. Изменение процедуры загрузки лития
3.4 Эксперимент 4. Изменение конструкции перемешивающего устройства.
3.5 Эксперимент 5. Увеличение времени на восстановление
3.6 Эксперимент 6. Испытания нового перемешивающего устройства.
3.7 Эксперимент 7. Изменение режима подачи аргона в аппарат
3.8 Эксперимент 8.Увеличение продолжительности восстановления
3.9 Эксперимент 9. Изменение конструкции конденсатора
3. Эксперимент . Выдвинута гипотеза о влиянии времени до загрузки лития на скорость восстановления оксидов урана.
3. Эксперимент . Проверка новой процедуры с паузой перед загрузкой
лития
3. Эксперимент . Уменьшение диаметра центрифуги. Испытание танталового тигля
3. Эксперимент . Эксперимент в условиях полного дистанционного управления.
3. Выводы по результатам экспериментов с имитаторами ОЯТ.
Г лава 4. Эксперименты с ОЯТ энергетического реактора
4.1 Аналитические процедуры, использованные в экспериментах с ОЯТ
4.2 Подготовка партии ОЯТ для экспериментов
4.3 Порядок проведения экспериментов и результаты
4.3.1 Эксперимент
4.3.2 Эксперимент
4.3.3 Эксперимент 2а.
4.3.4 Эксперимент
4.3.5 Эксперимент
4.3.6 Эксперимент
4.4 Выводы по результатам экспериментов с ОЯТ
5 Заключение.
Библиографический список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Ядерная энергетика России в начале XXI века находится на стадии серьезных стратегических реформ. Закон О реформе атомной энергетики принят Государственной Думой января года и одобрен Советом Федерации января года. Цель Федерального закона состоит в создании условий дня повышения конкурентоспособности отечественных организаций атомного энергопромышлн того комплекса Российской Федерации на международном рынке, усиления их инвестиционной привлекательности.
Правительство РФ на заседании 4 октября года утвердило проект федеральной целевой программы ФЦП Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на годы и на перспективу до года. В цели программы входит продвижение продукции работ и услуг российских организаций ядерного топливного цикла на мировые рынки и развитие строительства атомных электростанций за пределами территории России. Важнейшей чертой реформирования является ориентация на внешний рынок ядерных технологий и услуг. Складывается новая экономическая ситуация при которой технологии ядерного топливного цикла уже следует рассматривать не только как обеспечение внутренней энергетической безопасности, но и как товар на рынке международного сотрудничества.
В программном документе Росатома Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века говорится, что Россия имеет значительный научнотехнический и природный потенциал, позволяющий обеспечить осуществление таких сложных технологий, как контролируемое долговременное хранение отработавшего ядерного топлива ОЯТ1 и глубокая высокотехнологичная его переработка.
Технологии топливного цикла в настоящее время представлены в
1 Существует сложившееся разночтение в терминологии в области реакторной энергетики иод ОЯТ подразумеваются отработавшие тепловыделяющие сборки ТВС в то время как в области технологий топливного цикла иод ОЯТ понимают материал топливных сердечников тепловыделяющих элементов гюлов отработавших ТИС. Поскольку работа посвящена вопросам переработки ядерного топлива, то термин ОЯТ далее в рабоге употребляется в значении материала топливных сердечшгкоп твэлов отработавших ТВС.
промышленном масштабе только X процессом. В концептуальных исследованиях инновационных технологий замкнутого топливного цикла, как правило, рассматривают применение новых технологических процессов. Уже становится очевидным, что развитие ядерной энергетики будет включать развитие быстрых реакторов и реакторовдожигателей младших актинидов и долгоживущих продуктов деления. Прорабатываются вопросы фракционирования ОЯТ для эффективного использования энергоресурсов и безопасного обращения с радиоактивными отходами. Все это делает технологии ЗТЦ комплексными и многоцелевыми.
Актуальность


В программном документе Росатома Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века говорится, что Россия имеет значительный научнотехнический и природный потенциал, позволяющий обеспечить осуществление таких сложных технологий, как контролируемое долговременное хранение отработавшего ядерного топлива ОЯТ1 и глубокая высокотехнологичная его переработка. Существует сложившееся разночтение в терминологии в области реакторной энергетики иод ОЯТ подразумеваются отработавшие тепловыделяющие сборки ТВС в то время как в области технологий топливного цикла иод ОЯТ понимают материал топливных сердечников тепловыделяющих элементов гюлов отработавших ТИС. Поскольку работа посвящена вопросам переработки ядерного топлива, то термин ОЯТ далее в рабоге употребляется в значении материала топливных сердечшгкоп твэлов отработавших ТВС. X процессом. В концептуальных исследованиях инновационных технологий замкнутого топливного цикла, как правило, рассматривают применение новых технологических процессов. Уже становится очевидным, что развитие ядерной энергетики будет включать развитие быстрых реакторов и реакторовдожигателей младших актинидов и долгоживущих продуктов деления. Прорабатываются вопросы фракционирования ОЯТ для эффективного использования энергоресурсов и безопасного обращения с радиоактивными отходами. Все это делает технологии ЗТЦ комплексными и многоцелевыми. Выбор перспективных технологий ЗТЦ и их оценка сложная и ответственная проблема. Технологии ЗТЦ весьма капиталоемкие, рассчитанные на длительную перспективу, и цена ошибки при выборе весьма высока. Пирохимические технологии обращения с ОЯТ рассматриваются как весьма перспективные . Франции, Чехии, в России СССР, НПО Курчатовский институт, НИИАР 6. Данная работа посвящена изучению еще одного ппрохимического процесса восстановления ОЯТ до металла литием в расплаве солей. Этот процесс может найти применение для кондиционирования ОЯТ при его хранении см. Рис. ОЯТ до металла, как переход к технологиям металлического топлива см. Рис. ОЯТ с целью трансмутации и эффективного обращения с радиоактивными отходами. Рис. Рис. По предварительным экспертным оценкам процесс удовлетворяет требованиям не разделения актинидов и не позволяет получать делящиеся материалы оружейного качества. Процесс кондиционирования ОЯТ восстановлением его до металла в расплаве солей уменьшает объем хранимого материала вдвое за счет увеличения плотности при переводе оксидов в металл, можно ожидать существенного снижения его активности и тепловыделения за счет отделения 7Сз и 5г. В результате такой переработки, молено существенно увеличить эффективность хранилищ в период накопления топлива перед его переработкой при переходе к ЗТЦ. Однако все эти достаточно перспективные показатели процесса были получены либо как расчетные оценки, либо как результаты экспериментов на имитаторах отработавшего топлива обзору ранее проведенных исследований посвящена первая глава работы. Эти обнадеживающие результаты требуют подтверждения в экспериментах с использованием достаточно больших количеств реальных материалов, на оборудовании близком к промышленным аппаратам, а не к лабораторным приборам. Острая погребность в надежных данных о парамеграх перспективных процессов обращения с ОЯТ на этане разработки технологии замкнутого топливного цикла позволяет говорить об актуальности темы диссертационной работы. Процесс восстановления ОЯТ до металла литием активно изучается во многих сгранах, развивающих ядерную энергетику США, Японии, Корее, странах Евросоюза. Проведены теоретические проработки, лабораторные исследования, эксперименты с имитаторами. Исследования вплотную подошли к стадии укрупненных экспериментов с ОЯТ энергетических реакторов. Технологии ЗТЦ весьма капиталоемкие и решение об их применимости требует глубокой научной проработки с целыо уменьшения инновационных рисков внедрения. Исследования процесса восстановления ОЯТ литием до сих пор ограничивались концептуальными проработками и экспериментами с имитаторами. Эксперименты по восстановлению до металла килограммовых количеств ОЯТ энергетического реактора литием в расплаве хлорида лития имеют мировую новизну.