Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Переработка металлических отходов. Из табл. I видно, что металл составляет значительную долю твердых отходов, ежегодно нарабатываемых на площадке ТА-55. Эти отходы включают прежде всего выброшенные перчаточные боксы из нержавеющей стали, а также другие объекты, такие как тара для хранения и инструменты. Такие трансурановые отходы можно очистить до уровня низкой активности с использованием процедуры, известной как электрохимическая очистка. В этом процессе используется электролиз для удаления с металлических поверхностей микроскопического слоя, содержащего основную часть загрязнения. Затем с помощью фильтра удаляются актиноиды из раствора электролита, так что последний можно рециклиро-
448
Los Alamos Science Number 26 2000
Видение переработки плутония, безопасной для окружающей среды
(а) (в)
[AICU-
CH2CH3
1 -этил-3-метилимидазол тетрахлоралюминат
ИЖКТ U(Ill) U(IV) U(V) U(VI)
“Лю:
вать или выбросить. Небольшой объем наработанных загрязнителей направляют в технологические потоки для дальнейшей переработки или выбрасывают как трансурановые отходы. Более подробная информация об электрохимической очистке приведена в посвященной ей вставке на с. 455.
Решение задачи свыше 90%
Почти все вышерассмотренные перспективные технологии переработки и сокращения объемов отходов могут быть или будут реализованы на площадке ТА-55 в ближайшие 3-4 года. Совместное использование этих технологий позволит сократить объемы твердых отходов и активность жидких отходов на объекте на 90%. Однако мы достигнем еще более высокого уровня экологического и эксплуатационного благополучия, если нам удастся довести выход твердых и жидких радиоактивных отходов почти до нуля.
Полностью уничтожить трансурановые отходы невозможно, поскольку функция основной переработки плутония на площадке ТА-55 как таковая заключается именно в удалении неизбежных трансурановых загрязняющих веществ (таких как америций, появляющийся в результате радиоактивного распада плутония-241). Однако имеются отличные перспективы для уничтожения крупнейшего потока остающихся отходов - огромного объема промышленных сточных вод, выбрасываемых после фильтрации полимеров™, - путем его рециклирования в операции по наработке плутония. Тогда весь выброс технологической воды от работ с плутонием можно будет исключить на любом плутониевом объекте следующего поколения.
Очевидно, самая эффективная стратегия сокращения радиоактивных отходов заключается в том, чтобы избежать их образования. Для достижения такой цели потребуется технологический прорыв, а не постепенное улучшение технологий. Одной из возможностей является использование ионных жидкостей комнатной температуры (ИЖКТ), представляющих новый класс растворителей. Уникальные физико-химические свойства этих жидкостей могут уси-
(б) [NO3]'
(ё
'---N
CH2CH2CH2CH3
Нитрат 1-бутилпиридина
лить традиционные плутониевые пиро-химические процессы и, возможно, ликвидировать появляющиеся в результате них отходы.
ИЖКТ состоят из громоздких органических катионов низкой валентности и неорганических анионов (рис. 5). Поскольку эти ионы очень большие и имеют низкий заряд, они лишь слабо взаимодействуют и соответственно остаются в форме жидкости при комнатной температуре, а не конденсируются в твердое состояние с хорошо упорядоченной кристаллической структурой. К числу положительных физических свойств этих ионных жидкостей относятся высокая проводимость, низкое давление пара и способность растворять как органические, так и неорганические соединения. Кроме того, кислотность ионных жидкостей можно регулировать.
Возможности ИЖКТ, связанные с отсутствием влияния реакций гидролиза, создают уникальную возможность получения подробной информации о фундаментальных химических свойствах актиноидных соединений при условиях, намного более мягких, чем те, которые имеют место при пирохимиче-ских процессах. Поэтому их исполь-
Рис. 5. Ионные жидкости комнатной температуры
Ионные жидкости комнатной температуры (ИЖКТ) исследуются как новая среда переработки актиноидов. Молекулярная структура ИЖКТ состоит из относительно больших катиона и анионов, как это видно на рис. (а) и (б) для двух прототипных систем. В самой крайней левой бутылочке, изображенной на рис. (в), содержится ИЖКТ, схема которой показана на рис. (а). Остальные четыре пробирки содержат ионы урана, приготовленные электрохимическим способом, в различных окислительных состояниях. Цвета меняются из-за разных окислительных СОСТОЯНИЙ
зование может привести к большему пониманию химии актиноидов, что позволит создать процессы разделения и очистки следующего поколения.
В настоящее время проводится исследование химии плутония в системах ИЖКТ. Эта работа уже продемонстрировала устойчивость окислительных состояний Pu(III) и Pu(IV) в богатых хлоридами растворах ИЖКТ. Мы надеемся, что в результате дальнейших работ с ИЖКТ будут получены ценные термодинамические данные, с использованием которых можно будет улучшить высокотемпературные пирохими-ческие процессы. Далее, возможность тонкой настройки свойств растворителей ИЖКТ является перспективной для электрохимических методик очистки плутония и его наработки при комнатной температуре.
