Reprocesamiento nuclear

Reprocesamiento nuclear

El reprocesamiento nuclear separa qualsevol element utilisable (per eixemple l'urani i el plutoni) de productes de fissió i atres materials existents en el combustible nuclear gastat en els reactors nuclears. Normalment, l'objectiu és afegir estos elements en un nou combustible d'òxit mesclat (MOX), encara que alguns reprocesamientos es realisen per a obtindre plutoni per a armes. És el procés que tanca el círcul en el cicle del combustible nuclear.

Història

Els primers reactors nuclears a gran escala varen ser construïts durant la Segona Guerra Mundial. Estos reactors es varen dissenyar per a la producció de plutoni per al seu us en armes nuclears. L'únic procés necessari, per tant, era l'extracció de plutoni, lliure de la contaminació dels productes de fissió, a partir del combustible d'urani natural gastat. En 1943, es varen propondre varis métodos per a separar una cantitat relativament chicoteta de plutoni a partir de l'urani i els productes de fissió. El primer método seleccionat, un procés per precipitació cridat procés del fosfat de bismut, va ser desenrollat en l'ORNL (Oak Ridge National Laboratory) en el periodo 1943-1945 per a produir cantitats de plutoni per a la seua evaluació i us en els programes d'armes.

El procés de fosfat de bismut es va amprar per primera volta a gran escala en Hanford, Washington, a finals de 1944. Va conseguir la separació de plutoni en la situació d'emergència llavors existent, pero tenia una debilitat significativa, a saber, l'incapacitat de recuperar l'urani. El primer procés solvent d'extracció que va tindre èxit per a la recuperació tant d'urani com de plutoni en una forma descontaminada es va desenrollar en l'Argonne National Laboratory (ANL) poc despuix de la Segona Guerra Mundial. Este procés, cridat PUREX, va ser descrit en 1949 i va passar a ser el método normalisat usualment; la primera planta PUREX va iniciar operacions en Carolina del Sur en 1954.

En març de 1977, el temor a la proliferació d'armes nuclears (especialment en acabant de que l'Índia demostrara les seues capacitats en armes nuclears utilisant la tecnologia del reprocesado), va dur al president dels Estats Units, Jimmy Carter a promulgar una directiva presidencial suspenent indefinidament el reprocesado i reciclat comercial del plutoni en els Estats Units. Atres països no varen seguir el contingut de la directiva i varen continuar reprocesando el combustible nuclear gastat.

No obstant, en març de 1999, el Departament d'Energia d'Estats Units, va firmar un contracte en un consorci format per Duke Energy, COGEMA, i Stone & Webster (DCS) per a dissenyar i fer funcionar una instalació per a la fabricació de combustible d'òxit mesclat (MOX). La preparació de l'emplaçament del centre va escomençar en octubre de 2005 en Savannah River Site (Carolina del Sur). [1]

L'Associació Global d'Energia Nuclear, anunciada pel Departament d'Energia dels Estats Units, Samuel Bodman, el 6 de febrer de 2006, és un pla per a constituir una associació internacional per a controlar que el reprocesamiento de combustible nuclear gastat lo siga de tal modo que conseguixca que el plutoni puga utilisar-se com a combustible nuclear pero no per a armes nuclears.

Métodos antics que ya no s'utilisen

Fosfat de bismut

El procés de fosfat de bismut és un procés molt vell que afig una gran cantitat de materials al residu final altament actiu; va ser substituït per processos d'extracció solvents. El procés es va dissenyar per a extraure plutoni a partir del revestiment metàlic d'alumini del combustible d'urani. El combustible era despullat fent-ho hervir en moixa càustica, i despuix l'urani metàlic era dissolt en àcit nítric. El plutoni que en eixe moment estava en el grau d'oxidació +4, es feya precipitar afegint-li nitrat de bismut i àcit fosfórico per a formar el fosfat de bismut. En este es precipitava el plutoni. El líquit sobrenadante (que contenia molts dels productes de fissió se separava de la part sòlida. A continuació, el precipitat es dissolia en àcit nítric abans de l'adició d'un oxidant, com el permanganato potásico lo que convertia el plutoni en PuO₂²⁺ (Pu VI), llavors se li afegia una sal de dicromat per a mantindre al plutoni en el grau d'oxidació +6. El fosfat de bismut era re-precipitat abandonant el plutoni de la solució. A continuació, s'afegia una sal de ferro (II), com per eixemple el sulfat ferroso, i el plutoni es re-precipitava una atra volta utilisant un transport de precipitat de fosfat de bismut. A continuació s'afegien sales de lantano i fluorur per a obtindre fluorur de lantano sòlit que actuava com un portador per al Pu. Est era convertit a òxit per l'acció d'una base. L'òxit de lantano plutoni era arreplegat i extret en àcit nítric per a formar nitrat de plutoni.[2]

Hexone or Redox

Este és un procés d'extracció líquit-líquit que utilisa la metil isobutil cetona com a agent extractor, realisant-se l'extracció per un mecanisme de solució. Este procés té l'inconvenient de requerir l'us d'un reagente desalador (nitrat d'alumini, per a incrementar la concentració de nitrat en la fase acuosa a fi d'obtindre un raonable ràtio de distribució (valor D). El hexone també és degradat per mig d'àcit nítric concentrat. Este procés va ser remplazado per PUREX.[3][4] [5] archivat en Wayback Machine.

Pu⁴⁺ + 4NO₃^- + 2S --> [Pu(NO₃)₄S₂]

Éter Butex, β,β'-dibutioxidietil

Un procés basat en una extracció per solució utilisant el extractante triéter dalt citat. Este procés té l'inconvenient de requerir l'us d'un reagente desalador (nitrat d'alumini, per a incrementar la concentració de nitrat en la fase acuosa a fi d'obtindre un raonable ràtio de distribució. Este procediment va ser utilisat fa molts anys en Windscale, i ha segut substituït per PUREX.