液態(tài)鎘陰極上鈾和钚同時(shí)回收的電化學(xué)行為

1、液態(tài)鎘陰極上鈾和钚同時(shí)回收的電化學(xué)行為摘要實(shí)驗(yàn)對(duì)鹽相中不同比例的鈾和钚在液態(tài)鎘陰極（LCCS）上實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的同時(shí)回收、熔鹽成分對(duì)鈾和钚回收量的影響、在LCC上鈾和钚的形態(tài)以及钚241的衰變產(chǎn)物镅的行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明在較高電流效率下當(dāng)鈾和钚的比例為14.3和11.73之間是存在一個(gè)臨界值能夠?qū)CC上鈾和钚同時(shí)回收到10%左右。在LCC中鈾和钚以(UPu)C、(UPu)6C以及純鈾金屬的形式存在。試驗(yàn)還顯示了镅和钚的聯(lián)系根據(jù)LCC運(yùn)

2、算中的分離細(xì)數(shù)。111.實(shí)驗(yàn)介紹新一代的燃料循環(huán)應(yīng)當(dāng)更經(jīng)濟(jì)、安全、增值抑制和環(huán)保。為了滿足這些需求，簡單的高溫冶金過程對(duì)錒系元素的回收提供了一個(gè)可能。早在上世紀(jì)80年代，中央電力研究所（CRIEPI）就開始著手于研究適應(yīng)于金屬燃料反應(yīng)堆的的高溫燃料循環(huán)技術(shù)（圖1）。該過程主要包括氯化物和液態(tài)金屬熔鹽系統(tǒng)中錒系金屬回收的電解提純和還原萃取。如圖1所示，高溫燃料循環(huán)不僅包括了金屬燃料循環(huán)，還包括了高溫技術(shù)結(jié)合LWR燃料循環(huán)。因此高溫燃料循環(huán)

3、技術(shù)很有潛力成為用可裂變物質(zhì)快速有效地發(fā)生反應(yīng)的核燃料循環(huán)。高溫冶金過程中重要的一個(gè)步驟是用熔鹽作為電解液的電解提純，即錒系元素從核分裂生成物中的回收和凈化。圖2表明了電解提純的常規(guī)流程原理。幾乎全部的錒系元素全部熔解以氯化物形式存在，堿、堿土金屬和稀土金屬等化學(xué)活性裂變產(chǎn)物也轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的氯化物在鹽階段沉聚，比鈾貴重的裂變產(chǎn)物通過控制陽極電流停留在陽極籃子里。圖1CRIEPI擬建的高溫燃料循環(huán)過程2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備所有的實(shí)驗(yàn)都在

4、一個(gè)高純氬氣氛圍的手套箱里進(jìn)行，氧氣和水蒸氣的濃度保持在2ppm以下，圖3為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的示意圖。將1200g的LiClkCl共晶鹽放入一個(gè)鐵制的安全殼內(nèi)，在熔鹽電解質(zhì)下面為14001540g的液態(tài)鎘作為陽極提供鈾和钚，熔鹽和陽極在電爐內(nèi)加熱到7732K。圖3實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖每次開始實(shí)驗(yàn)時(shí)將120g的鎘放入一個(gè)陰極氮化鋁坩堝內(nèi)，坩堝直徑約42mm。用一根氮化鋁桿以40rmin速度來攪拌坩堝邊緣，另一根鐵桿插入陰極內(nèi)作為攪拌驅(qū)動(dòng)和電觸頭。在安全

5、殼內(nèi)放入一鐵棒來混合熔鹽和液態(tài)鎘和一根鎢條作為陽極電觸頭AgAgCl參比電極（LiClKCl中含1wt%AgCl）裝入一根細(xì)小的耐熱玻璃管用來檢測陰極電勢。選用Princeton273A模型電化學(xué)工作站來控制電子轉(zhuǎn)移。樣品熔鹽、陽極鎘和陰極鎘都置入一根配有注射器的細(xì)小的耐熱玻璃管內(nèi)，等凝固以后稱重溶入硝酸。電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICPAES）來確定溶液中鈾和钚的濃度，镅濃度由一臺(tái)高純鍺γ多通道探測器通過檢測镅241發(fā)射出的59.5k