Ядерные материалы. Новые виды топлива и переработка ОЯТ

Аннотация:

Одной из важных задач современной радиохимии является разработка технологий, способствующих замыканию ядерного топливного цикла. Основой замкнутого ядерного топливного цикла являются реакторы на быстрых нейтронах. Эксплуатация реакторов такого типа сопряжена c решением с многих инженерных и научных проблем. Одной из таковых является создание и переработка новых топливным материалов для реакторов этого типа. В качестве топлива реакторов на быстрых нейтронах предлагается использовать уран и плутоний содержащие материалы на основе оксидов, нитридов, либо карбидов. Производство таких топлив представляет собой сложный процесс, требующий большого массива сведений из области химии актинидов и материаловедения.

Одной из проблем является поиск новых способов синтеза диоксида урана – основного материала топливных таблеток. Наиболее часто для этой цели используют восстановление соединений урана (VI) в атмосфере водорода при нагревании до 800-900 oC. Есть и альтернативные схемы, требующие температуры нагрева 90-100 oC и включающие в себя использование таки восстановителей как гидразин. Однако эти процессы требуют более глубокой проработки, которая осуществляется сотрудниками лаборатории ДиРОС.

Не менее сложной и амбициозной является задача переработки отработавшего, то есть уже побывавшего в ядерном реакторе, топлива перечисленных типов. Несмотря на общие успехи в этой области, для ученого-радиохимика здесь существует обширное поле деятельности. Исследования лаборатории ДиРОС в этом направлении связаны с процессами локализации трития в самом начале переработки облученного топлива. Для этого ранее был предложен и сейчас активно разрабатывается процесс объемного окисления топлива в кислород содержащей атмосфере – волоксидация. Также активно разрабатываются процессы, являющиеся альтернативой к классическому растворения топлива в азотной кислоте. Эти процессы основываются на взаимодействии топливного материала с NOx-газами, либо парами азотной кислоты и называются нитрированием.


Основные научные результаты:

  • Показана возможность использования волоксидации в воздушной и паровоздушной атмосфере для топлива на основе нитрида урана без образования труднолокализуемого гемикосида азота.
  • Исследовано окисление инертных интерметаллидов UM3 (M: Ru, Rh, Pd) в воздушной атмосфере при температуре 25-1500 oC. Показана необходимость использования высокотемпературной волоксидации для извлечения урана из данных соединений.
  • Показана эффективность нитрирующих атмосфер на основе NOx-газов, либо паров азотной кислоты для конверсии актинидных компонентов облученного топлива в водорастворимые соединения

Избранные публикации:

  1. Ю. М. Неволин, С. А. Кулюхин, А. В. Гордеев, А. А. Бессонов, С. Н. Калмыков. Газофазная конверсия оксидных фаз лантанидов и урана в водорастворимые соединения // Радиохимия, 2020.
  2. S. A. Kulyukhin, Y. M. Nevolin, V. G. Petrov, S. N. Kalmykov. Volume oxidation of uranium mononitride and uranium monocarbide in the dry NOx-gaseous atmosphere // Radiochimica Acta, 2020, DOI: 10.1515/ract-2019-3125
  3. С. А. Кулюхин, Ю. М. Неволин, А. В. Гордеев, А. А. Бессонов. Газофазное объемное окисление мононитрида урана // Радиохимия, 2019.
  4. С. А. Кулюхин, А. В. Гордеев, И. А. Румер, В. В. Кулемин, Ю. М. Неволин. Газофазная конверсия UN и UC в нитрирующей атмосфере // Атомная энергия, 2018.
  5. С. А. Кулюхин, Ю. М. Неволин, А. В. Гордеев. Газофазная конверсия соединений U, Sr и Mo в водорастворимые формы в нитрующей атмосфере // Радиохимия, 2017.
  6. S. A. Kulyukhin, Y. M. Nevolin, M. P. Gorbacheva, A. V. Gordeev. Gas-phase conversion of the U(VI), Sr, Mo, and Zr compounds in nitrating atmosphere // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2016, DOI: 10.1007/s10967-016-4921-3