科研人員提出高效選擇性分離乏燃料中裂變產物的新技術

  

  乏燃料后處理是核燃料循環的關鍵環節,是制約核電可持續發展的瓶頸問題。借助于加速器驅動系統強大的外源中子,可將除去部分裂變產物的乏燃料制備成再生核燃料進行燃燒和增值。利用高溫氧化揮發技術可將乏燃料中的揮發性裂變產物分離除去,而裂變產物中的稀土元素一般具有較大的中子吸收截面,被稱為中子毒物,嚴重影響次錒系元素的嬗變,必須有效分離除去。而鑭系和錒系元素的化學性質非常相近,它們彼此之間的分離一直是乏燃料后處理領域的熱點問題之一。 

  中科院近代物理研究所嬗變化學研究室與清華大學合作,采用綠色環保的酸性功能化離子液體[Hbet][Tf2N]作為分離介質,發展了一種選擇性溶解分離的簡單后處理技術,與傳統的乏燃料后處理思路不同,不采用濃酸對乏燃料進行完全溶解,只將中子毒物等裂變產物通過選擇性溶解有效分離除去,實現了可再次循環使用的錒系元素鈾、钚、镎和镅的組分離。并通過理論計算,提出金屬氧化物溶解性能與其本身的晶格能有一定的關聯,從而揭示了金屬氧化物的溶解本質。圖1是選擇性溶解分離流程的示意圖以及金屬化合物溶解本質與金屬氧化物晶格能的關聯。  

  這種方法避免了傳統乏燃料溶解過程所產生的大量強酸高放廢液,減少了放射性對環境的污染,減少核廢物總量,工藝流程簡單。這一研究為乏燃料后處理提供了一種簡單高效地分離中子毒物等裂變產物的途徑,將有助于解決乏燃料后處理過程中鑭錒分離的難題,可拓寬乏燃料后處理的研究方法,有望改善我國乏燃料后處理的關鍵工藝流程,為我國實施先進燃料閉式循環進行技術儲備。 

  該研究成果發表在國際化學領域期刊《Inorganic Chemistry》,該工作得到中科院先導專項和西部之光青年學者項目的資助。  

  文章鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.8b02783  

 

  1:選擇性溶解分離流程的示意圖以及溶解本質與金屬氧化物晶格能的關聯 

  (嬗變化學研究室 供稿)