ÓÄÊ 542.61+621.039.73+620.262 ÐÀÑÒÂÎÐÅÍÈÅ ÎÒÐÀÁÎÒÀÂØÅÃÎ ßÄÅÐÍÎÃÎ ÒÎÏËÈÂÀ  ÑÂÅÐÕÊÐÈÒÈ×ÅÑÊÎÌ È ÆÈÄÊÎÌ ÄÈÎÊÑÈÄÅ ÓÃËÅÐÎÄÀ À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Ä. Í. Øàôèêîâ, Â. Í. Ðîìàíîâñêèé Ðàäèåâûé èíñòèòóò èì. Â.Ã. Õëîïèíà, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Ðîññèÿ Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 25.06.07 ã. Ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåàëüíîãî îòðàáîòàâøåãî ÿäåðíîãî òîïëèâà (ÎßÒ) àòîìíûõ ýëåêòðîñòàíöèé (ÀÝÑ) ñ ðåàêòîðàìè òèïà ÐÁÌÊ è ÂÂÝÐ ïðîäåìîíñòðèðîâàíà âîçìîæíîñòü ïðîâåäåíèÿ ïðîöåññîâ ïåðåðàáîòêè ÎßÒ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêîãî è ñæèæåííîãî äèîêñèäà óãëåðîäà. Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: îòðàáîòàâøåå ÿäåðíîå òîïëèâî, óðàí, æèäêèé è ñâåðõêðèòè÷åñêèé äèîêñèä óãëåðîäà, ðàñòâîðåíèå. ÂÂÅÄÅÍÈÅ Â íàñòîÿùåå âðåìÿ â èññëåäîâàòåëüñêèõ öåíòðàõ ðàçëè÷íûõ ñòðàí èçó÷àåòñÿ âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ñæèæåííîãî è ñâåðõêðèòè÷åñêîãî (ÑÊ) äèîêñèäà óãëåðîäà â êà÷åñòâå ñðåäû äëÿ ïåðåðàáîòêè îòðàáîòàâøåãî ÿäåðíîãî òîïëèâà àòîìíûõ ýëåêòðîñòàíöèé. Ìíîãî÷èñëåííûìè èññëåäîâàíèÿìè ïîêàçàíî, ÷òî ðàñòâîðû êîìïëåêñà òðèáóòèëôîñôàòà (ÒÁÔ) ñ àçîòíîé êèñëîòîé â ñæèæåííîì äèîêñèäå óãëåðîäà [1 3] èëè ñìåñè ÒÁÔ β-äèêåòîí (òåíîèëòðèôòîðàöåòèëàöåòîí ÒÒÀ, ãåêñàôòîðàöåòèëàöåòîí ÃÔÀ è äð.) [4 7] ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû äëÿ ðàñòâîðåíèÿ îêñèäîâ óðàíà. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ðàñòâîðû àääóêòà ÒÁÔ ⋅ nHNO3 â ÑÊ è æèäêîì äèîêñèäå óãëåðîäà ïîçâîëÿþò ýêñòðàãèðîâàòü óðàí, ïëóòîíèé è íåïòóíèé èç òâåðäûõ ðàñòâîðîâ îêñèäîâ òðàíñóðàíîâûõ ýëåìåíòîâ â UO2, U3O8 è UO3 [8, 9]. Èñïîëüçîâàíèå ðàñòâîðîâ â ÑÊ è ñæèæåííîì ÑÎ2 ñìåñåé ÒÁÔ β-äèêåòîí ïîçâîëÿåò ýêñòðàãèðîâàòü óðàí, ïëóòîíèé è íåïòóíèé èç òâåðäûõ ðàñòâîðîâ îêñèäîâ òðàíñóðàíîâûõ ýëåìåíòîâ òîëüêî â UO3 [8, 9]. Íà îñíîâàíèè ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ïðåäëîæåíû âàðèàíòû ïåðåðàáîòêè ÎßÒ ÀÝÑ â ñðåäå ñæèæåííîãî äèîêñèäà óãëåðîäà ñ èñïîëüçîâàíèåì àääóêòà ÒÁÔ ⋅ nHNO3 [2, 811] è ñ èñïîëüçîâàíèåì ñìåñåé ÒÁÔ β-äèêåòîí [4, 10, 12, 13]. Ïîñëåäíèé âàðèàíò ïðèãîäåí òîëüêî äëÿ ðàñòâîðåíèÿ ïðåäâàðèòåëüíî îêèñëåííîãî (âîëîêñèäèðîâàííîãî) îêñèäíîãî ÎßÒ. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî îïåðàöèÿ âîëîêñèäàöèè ïðîâîäèòñÿ ñ öåëüþ óäàëåíèÿ è ëîêàëèçàöèè òàêèõ ëåãêîëåòó÷èõ ðàäèîàêòèâíûõ ïðîäóêòîâ äåëåíèÿ, êàê êðèïòîí, òðèòèé, éîä è óãëåðîä, è ïðåäñòàâëÿåòñÿ âåñüìà ïðèâëåêàòåëüíîé ñ òî÷êè çðåíèÿ ýêîëîãè÷åñêîé áåçîïàñíîñòè çàâîäà áóäóùåãî. Êðîìå òîãî, ïðåäâàðèòåëüíîå óäàëåíèå 14 Ñ ñóùåñòâåííî óïðîñòèò îáðàùåíèå ñ ÑÎ2 (ðåöèêë) â ïðîöåññå ïåðåðàáîòêè ÎßÒ. Äëÿ ïåðåðàáîòêè ÎßÒ ÀÝÑ â ñðåäå ÑÊ-ÑÎ 2 êîìïàíèÿ «Mitsubishi Heavy Industries» ïðåäëîæèëà ïðîöåññ Super-DIREX (Supercritical Fluid Direct Extraction) [10], à ÍÏÎ «Ðàäèåâûé èíñòèòóò» (ÐÈ) è Æåëåçíîãîðñêèé ãîðíî-õèìè÷åñêèé êîìáèíàò ïðåäëîæèëè ïðîöåññ ïåðåðàáîòêè â æèäêîì ÑÎ2 RELICT (Reprocessing by Liquid Carbon Dioxide Treatment) [8, 14, 15]. Èñïîëüçîâàíèå ñâåðõêðèòè÷åñêîãî 74 «Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007 Ðàñòâîðåíèå îáëó÷åííîãî ÿäåðíîãî òîïëèâà â ñâåðõêðèòè÷åñêîì è æèäêîì äèîêñèäå óãëåðîäà ÑÎ2 (Super-DIREX) ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü ïðîöåññ ñ ìåíüøèìè çàòðàòàìè âðåìåíè è ðåàêòèâîâ, à ïðèìåíåíèå ñæèæåííîãî ÑÎ2 çíà÷èòåëüíî ñíèçèòü ðàáî÷åå äàâëåíèå ïðîöåññà. Òî åñòü îáà ðàññìîòðåííûõ ïðîöåññà èìåþò ñâîè äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè, è äëÿ ðåøåíèÿ âîïðîñà î öåëåñîîáðàçíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ òîãî èëè èíîãî ïðîöåññà íåîáõîäèìî ïðîâåñòè öåëûé êîìïëåêñ èññëåäîâàíèé, ÷òî íå âõîäèëî â çàäà÷ó äàííîé ðàáîòû. Öåëüþ íàñòîÿùåé ðàáîòû áûëà äåìîíñòðàöèÿ âîçìîæíîñòè ðàñòâîðåíèÿ ðåàëüíîãî îáëó÷åííîãî ÿäåðíîãî òîïëèâà â ñðåäå êàê ÑÊ, òàê è ñæèæåííîãî äèîêñèäà óãëåðîäà ñ èñïîëüçîâàíèåì íàèáîëåå ýôôåêòèâíîãî ðåàãåíòà àääóêòà ÒÁÔ ⋅ nHNO3 . ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÀß ×ÀÑÒÜ Ýêñïåðèìåíòû ïî ðàñòâîðåíèþ ðåàëüíîãî ÎßÒ áûëè âûïîëíåíû â òÿæåëîì áîêñå ÍÏÎ «ÐÈ» íà óñòàíîâêå ôëþèäíîé ýêñòðàêöèè, ñõåìà êîòîðîé ïðèâåäåíà íà ðèñ. 1. Ïðè ïðîâåäåíèè ýêñïåðèìåíòîâ ïîðîøêè îêñèäîâ àêòèíîèäîâ èëè îáðàçöû ÎßÒ ïîìåùàëè â ýêñòðàêöèîííóþ ÿ÷åéêó (6 ) îáúåìîì 10 ìë.  áàðáîòåð (5 ) ïîìåùàëè àääóêò ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3, êîòîðûé ãîòîâèëè ïðåäâàðèòåëüíî, ïðèâîäÿ â êîíòàêò ÒÁÔ è ÍNO3.  ÿ÷åéêó è áàðáîòåð íàãíåòàëè CO2 (ñâåðõêðèòè÷åñêèé ïðè 30 ÌÏà, 70 °Ñ èëè æèäêèé ïðè 6,5 ÌÏà è 25 °C) èç íàñîñà (3 ). Ïðîõîäÿ ÷åðåç áàðáîòåð, äèîêñèä óãëåðîäà íàñûùàëñÿ àääóêòîì ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3, è, òàêèì îáðàçîì, â ýêñòðàêöèîííóþ ÿ÷åéêó ïîñòóïàë ðàñòâîð ñ ïîñòîÿííîé êîíöåíòðàöèåé àääóêòà ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3 â ñæèæåííîì èëè ÑÊ-ÑÎ2.  ÿ÷åéêå ïðîõîäèëè ïðîöåññû ðàñòâîðåíèÿ îêñèäîâ àêòèíîèäîâ è ýêñòðàêöèè ïîëó÷åííûõ íèòðàòîâ. Òàê êàê çàäà÷åé äàííîé ðàáîòû ñòàâèëàñü äåìîíñòðàöèÿ ïåðåðàáîòêè ÎßÒ â ñðåäå ÑÎ2, à íå îïòèìèçàöèÿ ïðîöåññà ðàñòâîðåíèÿ îêñèäîâ àêòèíîèäîâ è ýêñòðàêöèè èõ íèòðàòîâ, ýêñïåðèìåíòû ïðîâîäèëèñü â ïåðèîäè÷åñêîì ðåæèìå ïðè èñõîäíîì ìîëüíîì ñîîòíîøåíèè [U] : [ÒÁÔ] = 1 : 2. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïîëíîòû èçâëå÷åíèÿ ïîñëå çàïîëíåíèÿ ñèñòåìû äèîêñèäîì óãëåðîäà ÿ÷åéêó ñ ÎßÒ âûäåðæèâàëè ïðè çàäàííûõ óñëîâèÿõ áåç ïðîêà÷êè â òå÷åíèå 20 ìèí, çàòåì îòêðûâàëè êðàíû Â1 Â3 è Â5 è ïðîêà÷èâàëè ÷åðåç ÿ÷åéêó 35 ìë ÑÎ2 ñ ðàñõîäîì 0,5 ÷1,0 ìë/ìèí. Ýêñòðàêò ñîáèðàëè â ìåòàíîë ÷åðåç êâàðöåâûé êàïèëëÿð.  ïîëó÷åííîì ìåòà- Ðèñ. 1. Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ ðàñòâîðåíèÿ ðåàëüíîãî ÎßÒ 1 áàëëîí ñ ÑÎ2; 2 îñóøèòåëü; 3 íàñîñ âûñîêîãî äàâëåíèÿ; 4 áëîê óïðàâëåíèÿ; 5 áàðáîòåð; 6 ýêñòðàêöèîííàÿ ÿ÷åéêà; 7 ñáîðíèê ýêñòðàêòà; 8 íàãðåâàòåëü; 9 ïîãëîòèòåëè îòõîäÿùèõ ãàçîâ; 10 àíàëèçàòîð ðàäèîàêòèâíûõ áëàãîðîäíûõ ãàçîâ; 11 ëèíèÿ àâàðèéíîãî ñáðîñà äàâëåíèÿ; 12 òÿæåëûé áîêñ; Â1 Â5 êðàíû «Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007 75 À.Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Ä. Í. Øàôèêîâ, Â. Í. Ðîìàíîâñêèé íîëüíîì ðàñòâîðå îïðåäåëÿëè ñîäåðæàíèå àêòèíîèäîâ (óðàí ñïåêòðîôîòîìåòðè÷åñêè ñ Àðñåíàçî III [16], ïëóòîíèé è íåïòóíèé ðàäèîìåòðè÷åñêè). Ïî îêîí÷àíèè ýêñïåðèìåíòà ÿ÷åéêó îñòàâëÿëè ïîä äàâëåíèåì, à áàðáîòåð ðàçãåðìåòèçèðîâàëè è íàïîëíÿëè íîâîé ïîðöèåé àääóêòà ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3, ãåðìåòèçèðîâàëè è ïîâòîðÿëè ýêñïåðèìåíò ïðè ìîëüíîì ñîîòíîøåíèè [U]èñõ. : [ÒÁÔ] = 1 : 2. Ïðè íåîáõîäèìîñòè äàííóþ îïåðàöèþ ïîâòîðÿëè 3 ÷ 5 ðàç. Ïî îêîí÷àíèè ïîñëåäíåãî îïûòà ÿ÷åéêó ðàçãåðìåòèçèðîâàëè, ïðîìûâàëè àçîòíîé êèñëîòîé â êîíöåíòðàöèè 2 ìîëü/ë, íåðàñòâîðåííûé îñòàòîê ïîëíîñòüþ ðàñòâîðÿëè ïðè êèïÿ÷åíèè ñ äîáàâëåíèåì àçîòíîé êèñëîòû â êîíöåíòðàöèè 11 ìîëü/ë.  ïîëó÷åííîì ðàñòâîðå îïðåäåëÿëè ñîäåðæàíèå àêòèíîèäîâ ïî îïèñàííûì âûøå ìåòîäèêàì. ×àñòü ïðåäâàðèòåëüíûõ ýêñïåðèìåíòîâ íà äàííîé óñòàíîâêå áûëà âûïîëíåíà ñ èñïîëüçîâàíèåì èíäèâèäóàëüíûõ îêñèäîâ àêòèíîèäîâ è èìèòàòîðîâ ÎßÒ. Èìèòàòîðû ÎßÒ ïðåäñòàâëÿëè ñîáîé òâåðäûé ðàñòâîð îêñèäîâ Pu è Np è ñîåäèíåíèé ñòàáèëüíûõ èçîòîïîâ ïðîäóêòîâ äåëåíèÿ (Zr, Mo, Cs, Sr, Ba, ÐÇÝ) â äèîêñèäå óðàíà. Ñîäåðæàíèå Pu â èìèòàòîðå ñîñòàâèëî ∼1 %, Np 0,3 %, ÷òî â öåëîì ñîîòâåòñòâóåò ñîñòàâó ÎßÒ ðåàêòîðîâ òèïà ÂÂÝÐ [17]. Ïðè ðàáîòå ñ èìèòàòîðàìè â ÿ÷åéêó ïîìåùàëè ïîðîøîê èìèòàòîðà ÎßÒ.  ýêñïåðèìåíòàõ áûëî èñïîëüçîâàíî ÎßÒ ðåàêòîðîâ òèïà ÐÁÌÊ ñ âûãîðàíèåì 14 ÌÂò ⋅ ñóòêè/ò ïîñëå 30-ëåòíåé âûäåðæêè è ÎßÒ ðåàêòîðîâ òèïà ÂÂÝÐ-1000 ñ âûãîðàíèåì 27 ÌÂò ⋅ ñóòêè/ò ïîñëå 19-ëåòíåé âûäåðæêè.  ÿ÷åéêó ïîìåùàëè ôðàãìåíòû òîïëèâà áåç îáîëî÷êè ìàññîé 0,5 ÷ 2,0 ã (∼ 5 × 5 × 5 ì ì). Òàê êàê â íàñòîÿùåå âðåìÿ âîïðîñ î öåëåñîîáðàçíîñòè îïåðàöèè âîëîêñèäàöèè íå ðåøåí îêîí÷àòåëüíî íè â îäíîé ñòðàíå ìèðà, â ðàìêàõ äàííîé ðàáîòû ýêñïåðèìåíòû ñ ðåàëüíûì ÎßÒ ÀÝÑ áûëè ïðîâåäåíû áåç âîëîêñèäàöèè, ò. å. óðàí â ÎßÒ íàõîäèëñÿ â ôîðìå UO2 . ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ È ÈÕ ÎÁÑÓÆÄÅÍÈÅ Ïðåäâàðèòåëüíûå ýêñïåðèìåíòû ñ èñïîëüçîâàíèåì èíäèâèäóàëüíûõ îêñèäîâ àêòèíîèäîâ ïîäòâåðäèëè îáíàðóæåííóþ ðàíåå ïðàêòè÷åñêóþ íåâîçìîæíîñòü ðàñòâîðåíèÿ ìàêðîêîëè÷åñòâ èíäèâèäóàëüíûõ îêñèäîâ Pu è Np [18, 19]. Îäíàêî îñíîâíîé öåëüþ ýòèõ èññëåäîâàíèé áûëî ýêñïåðèìåíòàëüíîå äîêàçàòåëüñòâî âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ ðàñòâîðåíèÿ îêñèäîâ àêòèíîèäîâ íå òîëüêî ñâåðõêðèòè÷åñêîãî, íî è ñæèæåííîãî ÑÎ2. Ïîýòîìó áûëî ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå ýôôåêòèâíîñòè ðàñòâîðåíèÿ îêñèäîâ àêòèíîèäîâ â ÑÊ è ñæèæåííîì ÑÎ2 ïðè ïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ. Áûëî óñòàíîâëåíî (ðèñ. 2), ÷òî ïðè èçâëå÷åíèè óðàíà èç åãî îêñèäîâ ðàñòâîðàìè àääóêòà ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3 çàìåíà ÑÊ-ÑÎ2 íà æèäêèé ïðèâåëà ëèøü ê íåçíà÷èòåëüíîìó ñíèæåíèþ ýôôåêòèâíîñòè èçâëå÷åíèÿ. Õîðîøî èçâåñòíî, ÷òî â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ýôôåêòèâíîñòü ýêñòðàêöèè ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà ðàñòâîðèìîñòè èçâëåêàåìûõ ñîåäèíåíèé è, ñëåäîâàòåëüíî, ïëîòíîñòè «ðàñòâîðèòåëÿ» [11]. Ïîýòîìó ïðè èçâëå÷åíèè ìàêðîêîëè÷åñòâ ìåòàëëîâ èñïîëüçîâàíèå æèäêîãî ÑÎ2 âìåñòî ÑÊ, êàê ïðàâèëî, ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñòåïåíè èçâëå÷åíèÿ [20]. Îäíàêî â èññëåäóåìîì ñëó÷àå â ñèñòåìå ïðîòåêàþò ñëåäóþùèå ïðîöåññû: îáðàçîâàíèå ýêñòðàãèðóåìîãî êîìïëåêñà íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç òâåðäîå òåëî æèäêîñòü èëè ñâåðõêðèòè÷åñêèé ôëþèä; äèôôóçèÿ ýêñòðàãèðóåìîãî êîìïëåêñà â CO2; äèôôóçèÿ àääóêòà ÒÁÔ ⋅ nHNO3 ê ïîâåðõíîñòè òâåðäîãî òåëà. Èçâåñòíî, ÷òî êîýôôèöèåíòû äèôôóçèè â ñðåäå ÑÊ-ÑÎ2 çíà÷èòåëüíî (â 10 ÷ 100 ðàç) âûøå, ÷åì â æèäêîì ÑÎ2. Ïîýòîìó â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ ñíèæåíèå èçâëå÷åíèÿ àêòèíîèäîâ ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî õóäøåé êèíåòèêîé ïðîöåññîâ 76 «Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007 Ðàñòâîðåíèå îáëó÷åííîãî ÿäåðíîãî òîïëèâà â ñâåðõêðèòè÷åñêîì è æèäêîì äèîêñèäå óãëåðîäà Ðèñ. 2. Èçâëå÷åíèå àêòèíîèäîâ èç èõ èíäèâèäóàëüíûõ îêñèäîâ 10 îá.% ðàñòâîðîì àääóêòà ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3 â ñæèæåííîì è ñâåðõêðèòè÷åñêîì ÑÎ2 â æèäêîì ÑÎ2 ïî ñðàâíåíèþ ñ ÑÊ-ÑÎ2. Ýòîò âîïðîñ òðåáóåò äîïîëíèòåëüíûõ èññëåäîâàíèé, êîòîðûå íå ÿâëÿëèñü öåëüþ äàííîé ðàáîòû. Íà ñëåäóþùåì ýòàïå èññëåäîâàíèé áûëà èçó÷åíà ýêñòðàêöèÿ àêòèíîèäîâ èç òâåðäûõ ðàñòâîðîâ èõ îêñèäîâ â îêñèäàõ óðàíà. Íà ýòîì ýòàïå îïåðàöèþ ýêñòðàêöèè ïðîâîäèëè 3 ðàçà ïîäðÿä äëÿ äîñòèæåíèÿ ñòåïåíåé èçâëå÷åíèÿ öåëåâûõ êîìïîíåíòîâ 90 è áîëåå. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ èìèòàòîðà âîëîêñèäèðîâàííîãî ÎßÒ òâåðäûé ðàñòâîð îêñèäîâ Pu è Np â äèîêñèäå óðàíà ïðåäâàðèòåëüíî îêèñëÿëè äî U3O8 â òå÷åíèå 3 ÷àñîâ ïðè 800 °Ñ íà âîçäóõå èëè äî UO3 â òå÷åíèå 15 ÷àñîâ ïðè 350 °Ñ â òîêå NO2 [21]. Ïîëó÷åííûå äàííûå ïîêàçàëè, ÷òî ñ èñïîëüçîâàíèåì ðàñòâîðîâ àääóêòà ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3 â ñæèæåííîì äèîêñèäå óãëåðîäà ìîæíî äîñòè÷ü çà 3 îïåðàöèè èçâëå÷åíèÿ ïðàêòè÷åñêè âñåõ àêòèíîèäîâ, çà èñêëþ÷åíèåì Np, èç èìèòàòîðîâ ÎßÒ (ðàñòâîðîâ èõ îêñèäîâ â U3O8) ñ ýôôåêòèâíîñòüþ ñâûøå 90 %.  äàííîì ñëó÷àå èçâëå÷åíèå Np íå ïðåâûñèëî 65 % (ðèñ. 3 è 4). Ïðè÷èíà ýòîãî ÿâëåíèÿ íåÿñíà è òðåáóåò äîïîëíèòåëüíûõ èññëåäîâàíèé. Âûïîëíåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîçâîëèëè îïðåäåëèòü óñëîâèÿ äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ ñ ðåàëüíûì ÎßÒ è ïîäòâåðäèëè ðàáîòîñïîñîáíîñòü óñòàíîâëåííîãî â òÿæåëîì áîêñå ëàáîðàòîðíîãî îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ñâåðõêðèòè÷åñêîé ôëþèäíîé ýêñòðàêöèè. Ýêñïåðèìåíòû ñ îáëó÷åííûì òîïëèâîì áûëè íà÷àòû ñ èñïîëüçîâàíèåì îáðàçöîâ ÎßÒ ÐÁÌÊ, òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå ðàäèàöèîííàÿ íàãðóçêà íà ïåðñîíàë áûëà íèæå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè ÎßÒ ÂÂÝÐ èç-çà áîëüøåãî âûãîðàíèÿ è ìåíüøåé âûäåðæêè ïîñëåäíåãî. Áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ðàñòâîðåíèå îáðàçöîâ ðåàëüíîãî ÎßÒ è èçâëå÷åíèå èç óðàíà è ïëóòîíèÿ â ïëîòíîì ÑÎ2 ïðîòåêàåò ìåíåå ýôôåêòèâíî, ÷åì ðàñòâîðåíèå èìèòàòîðîâ è ýêñòðàêöèÿ àêòèíîèäîâ èç èõ íèòðàòîâ. Òàê, ïðè îáðàáîòêå èìèòàòîðà ÎßÒ ÐÁÌÊ ðàñòâîðàìè àääóêòà ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3 â æèäêîì èëè ÑÊ-ÑÎ2 çà îäíó îïåðàöèþ óäàåòñÿ èçâëå÷ü 30 è 40 % óðàíà ñîîòâåòñòâåííî.  òåõ æå óñëîâèÿõ ïðè îáðàáîòêå ÎßÒ ÐÁÌÊ äîñòèãíóòîå èçâëå÷åíèå â äâà ðàçà íèæå 15 % äëÿ ðàñòâîðîâ àääóêòà ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3 â æèäêîì ÑÎ2 è 20 % â ñâåðõêðèòè÷åñêîì (ðèñ. 5). Ïî ýòîé ïðè÷èíå â ýêñïåðèìåíòàõ ñ ÎßÒ ÐÁÌÊ çà 3 îïåðàöèè óäàëîñü èçâëå÷ü òîëüêî 65 % àêòèíîèäîâ â ñðåäó æèäêîãî è «Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007 77 À.Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Ä. Í. Øàôèêîâ, Â. Í. Ðîìàíîâñêèé Ðèñ. 3. Ðàñòâîðåíèå íåîêèñëåííîãî, ÷àñòè÷íî îêèñëåííîãî è ïîëíîñòüþ îêèñëåííîãî èìèòàòîðà ÎßÒ ÂÂÝÐ è ýêñòðàêöèÿ àêòèíîèäîâ â æèäêèé äèîêñèä óãëåðîäà (200 ìã ÎßÒ; 10 îá. % ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3; [U] : [ÒÁÔ] = 1 : 2; 7 ÌÏà; 25 °Ñ; òðè ïîñëåäîâàòåëüíûå îïåðàöèè) Ðèñ. 4. Ðàñòâîðåíèå ðåàëüíîãî ÎßÒ ÐÁÌÊ â æèäêîì è ñâåðõêðèòè÷åñêîì ÑÎ 2, ñîäåðæàùåì àääóêò ÒÁÔHNO3 (0,5 ÷ 1 ã ÎßÒ; ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3; [U] : [ÒÁÔ] = 1 : 2) 85 % â ñðåäó ÑÊ-ÑÎ2. Äëÿ äîñòèæåíèÿ áîëåå âûñîêèõ ñòåïåíåé èçâëå÷åíèÿ â ýêñïåðèìåíòàõ ñ ÎßÒ ÂÂÝÐ îáðàáîòêó ïðîâîäèëè 5 ðàç ïîäðÿä. Ïðîâåäåííûå ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ðàñòâîðîâ àääóêòà ÒÁÔ HNO3 â ñâåðõêðèòè÷åñêîì ÑÎ2 ïîçâîëÿåò çà 3 îïåðàöèè ðàñòâîðåíèÿ è ýêñòðàêöèè èçâëå78 «Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007 Ðàñòâîðåíèå îáëó÷åííîãî ÿäåðíîãî òîïëèâà â ñâåðõêðèòè÷åñêîì è æèäêîì äèîêñèäå óãëåðîäà Ðèñ. 5. Ðàñòâîðåíèå ðåàëüíîãî ÎßÒ ÂÂÝÐ-1000 â æèäêîì è ñâåðõêðèòè÷åñêîì ÑÎ2, ñîäåðæàùåì àääóêò ÒÁÔHNO3 (0,5 ÷ 1 ã ÎßÒ; ÒÁÔ ⋅ 1,8HNO3; [U] : [ÒÁÔ] = 1 : 2) êàòü èç ÎßÒ ÂÂÝÐ áîëåå 95 % óðàíà è ïëóòîíèÿ è ÷òî òîëüêî 60 % óðàíà ìîãóò áûòü èçâëå÷åíû ðàñòâîðàìè àääóêòà ÒÁÔHNO3 â æèäêîì ÑÎ2 (ðèñ. 6). Ñóììàðíîå ìîëüíîå ñîîòíîøåíèå [U] : [ÒÁÔ] äëÿ òðåõ îïåðàöèé ñîñòàâèëî 1 : 6. Ïðîâåäåíèå ïÿòè îáðàáîòîê ïîçâîëÿåò äîñòè÷ü èçâëå÷åíèÿ èç ÎßÒ ÂÂÝÐ 98 % óðàíà è ïëóòîíèÿ ðàñòâîðàìè àääóêòà ÒÁÔ HNO3 â ÑÊ-ÑÎ2 è 91 % â æèäêîì ÑÎ2.  ýòîì ñëó÷àå ñóììàðíîå ìîëüíîå ñîîòíîøåíèå [U] : [ÒÁÔ] äëÿ ïÿòè îïåðàöèé ñîñòàâèëî 1 : 10. ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ Ïðîâåäåííîå èññëåäîâàíèå ïîêàçàëî, ÷òî äëÿ ðàñòâîðåíèÿ ÎßÒ ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ðàñòâîðû àääóêòîâ ÒÁÔ ⋅ nHNO3 êàê â ÑÊ, òàê è â æèäêîì ÑÎ2.  õîäå ýêñïåðèìåíòîâ áûëè ïîëó÷åíû äàííûå, ïîäòâåðæäàþùèå íåâîçìîæíîñòü ðàñòâîðåíèÿ â èññëåäîâàííûõ ñèñòåìàõ èíäèâèäóàëüíûõ îêñèäîâ Pu è Np è âîçìîæíîñòü ðàñòâîðåíèÿ òâåðäûõ ðàñòâîðîâ îêñèäîâ Pu è Np â îêñèäàõ óðàíà. Ñ èñïîëüçîâàíèåì îáðàçöîâ îòðàáîòàâøåãî òîïëèâà ðåàêòîðîâ ÐÁÌÊ è ÂÂÝÐ áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ðàñòâîðåíèå ðåàëüíîãî ÎßÒ ðàñòâîðàìè àääóêòà ÒÁÔHNO3 ïðîèñõîäèò â æèäêîì ÑÎ2 ìåíåå ýôôåêòèâíî, ÷åì â ÑÊ-ÑÎ2, è ÷òî äëÿ äîñòèæåíèÿ ñòåïåíè èçâëå÷åíèÿ U è Pu ñâûøå 90 % â ñðåäå ÑÊ-ÑÎ2 íåîáõîäèìî ïðîâåñòè îáðàáîòêó àääóêòîì ÒÁÔHNO3 3 ðàçà, à â æèäêîì ÑÎ2 äëÿ äîñòèæåíèÿ òîé æå ýôôåêòèâíîñòè òðåáóåòñÿ 5 îáðàáîòîê. Òî åñòü áîëåå 90 % U è Pu ìîãóò áûòü èçâëå÷åíû ïðè ìîëüíûõ ñîîòíîøåíèÿõ [An] : [ÒÁÔ], ðàâíûõ 1 : 6 è 1 : 10 äëÿ ñâåðõêðèòè÷åñêîãî è æèäêîãî ÑÎ2 ñîîòâåòñòâåííî. Òàêèì îáðàçîì, â íàñòîÿùåé ðàáîòå âïåðâûå ýêñïåðèìåíòàëüíî ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåàëüíîãî ÎßÒ ïîäòâåðæäåíà âîçìîæíîñòü ïåðåðàáîòêè ÎßÒ ÀÝÑ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêîãî è ñæèæåííîãî ÑÎ2. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî â ñðåäå ÑÊ-ÑÎ2 ïðîöåññ ðàñòâîðåíèÿ ÎßÒ ïðîòåêàåò áîëåå ýôôåêòèâíî, ÷åì â ñæèæåííîì ÑÎ2, íî ðàáî÷åå äàâëåíèå ïðè èñïîëüçîâàíèè ñæèæåííîãî ÑÎ2 ñóùåñòâåííî íèæå. «Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 3. 2007 79 À.Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Ä. Í. Øàôèêîâ, Â. Í. Ðîìàíîâñêèé ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ 1. Samsonov M.D., Trofimov T.I., Lee S.C., Myasoedov B.F., Wai C.M. Mendeleev Commun. 2001. No. 3. Ð. 129. 2. Myasoedov B.F., Trofimov T.I., Samsonov M.D., Lee S.C., Wai C.M. Actinides-2001. 49 November 2001, Hayàma, Japan. Abstract. 3O13. P. 97. 3. Enokida Y. SuperGreen-2002. Kyung Hee University, Korea. Proceedings, 2002. P. 35. 4. Wai C.M., Smart N.G., Phelps C. US Patent 5606724 A. 5. Samsonov M.D., Trofimov T.I., Vinokurov S.E. et. al. Int. Solvent Extraction Conf. ISEC-2002. 1721 March 2002, Cape Town, South Africa. Proceedings, 2002. P. 11871192. 6. Ìÿñîåäîâ Á.Ô., Òðîôèìîâ Ò.È., Êóëÿêî Þ.Ì. Ðàäèîõèìèÿ-2000. 28 íîÿáðÿ 1 äåêàáðÿ 2000, Ñ.-Ïåòåðáóðã. Òåçèñû äîêëàäîâ. ÑÏá., 2000. C. 4 6. 7. Shadrin A., Murzin A., Babain V. et. al. 5th Meeting on Supercritical Fluids. 2325 March 1998, Nice, France. Proceedings, 1998. P. 791795. 8. Shadrin A., Murzin À., Babain V. et. al. 9th Symposium on SFE. 1216 June 2004, Trieste, Italy. On CD. 9. Êóëÿêî Þ., Øàäðèí À., Ìÿñîåäîâ Á. Ðîññèéñêèé õèìè÷åñêèé æóðíàë. 2005. Â. 49. ¹ 2. C. 97. 10. Shimada T., Ogumo S., Ishihara N. et. al. Actinides-2001. 49 November 2001, Hayama, Japan, 8O25. 11. Enokida Y. SuperGreen-2002. Kyung Hee University, Korea. Proceedings, 2002. P. 3541. 12. Wai C.M., Smart N.G., Lin Y. WO95/33542. Publ. 14. Dec. 1995. 13. Romanovsky V., Smirnov I., Shadrin A. et. al. Global-2001, International conference, 2001. Book of abstracts, abstract-180. 14. Shadrin A., Murzin A., Babain V. et. al. SuperGreen-2004, 3rd Int. Symposium. 2326 October 2004. Tianjin, China. Book of abstracts, 2004. P. 9 (full text on CD IL-6). 15. Shadrin A., Murzin A., Romanovsky V. et. al. SuperGreen-2004, 3rd Int. Symposium. 2326 October 2004. Tianjin, China. Book of abstracts, 2004. P. 136 (full text on CD PTh-15). 16. Ìàðêîâ Â.Ê., Âèíîãðàäîâ À.Â., Åëèíñîí Ñ.Â. è äð. Óðàí, ìåòîäû åãî îïðåäåëåíèÿ. Ì.: Ãîñàòîìèçäàò, 1960. C. 163. 17. Êîëàáàøêèí Â.Ì., Ðóáöîâ Ï.Ì., Ðóæàíñêèé Ï.À., Ñèäîðåíêî È.Ä. Ðàäèàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè îáëó÷åííîãî ÿäåðíîãî òîïëèâà: Ñïðàâî÷íèê. Ì.: Ýíåðãîàòîìèçäàò, 1983. 384 ñ . 18. Enokida Y., Sawada K., Yamamoto I. 11th Int. Symp. Supercritical Fluid Chromatography, Extraction & Processing. 14 August 2004, Pittsburgh, USA. Proceedings, Supercritical Conferences, 2004. P. 111112. 19. Shadrin A., Murzin A., Romanovsky V. et. al. Proceedings of Global-2005. 913 October 2005. Tsukuba, Japan. Paper No. 128. 20. Shadrin A., Murzin À., Kamachev V. et. al. 7th Meeting on Supercritical Fluids. 68 December 2000, Antibes/Juan-Les-Pins, France. Proceedings, 2000. P. 847. 21. Ðóêîâîäñòâî ïî íåîðãàíè÷åñêîìó ñèíòåçó / Ïîä ðåä. Ã. Áðàóýðà. 1985. T. 4. 447 ñ. DISSOLUTION OF IRRADIATED NUCLEAR FUEL IN SUPERCRITICAL AND LIQUID CARBON DIOXIDE A. Yu. Shadrin, A. A. Murzin, D. N. Shafikov, V. N. Romanovsky Khlopin Radium Institute, Saint Petersburg, Russia The possibility of irradiated nuclear fuel (INF) processing in supercritical and liquid carbon dioxide media is demonstrated using the real INF from nuclear power plants equi pped with reactors of RMBK and VVER types. K e y w o r d s: irradiated nuclear fuel, Uranium, liquid and supercritical carbon dioxide, dissolution. «Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 2. ¹ 2. 2007