В Северске в 2030 году планируют запустить последнюю очередь опытно-демонстрационного энергокомплекса — модуль переработки топлива. Это должно быть полностью автоматизированное, безлюдное производство. Во ВНИИНМ готовят почву для роботизации на новых исследовательских установках.
Переработка облученного нитридного топлива реактора БРЕСТ-ОД？300 — сложный процесс. Некоторые стадии, например растворение, экстракционная очистка, уже хорошо освоены промышленностью в ходе переработки топлива действующих реакторов. Но есть ряд инновационных технологий. Чтобы перевести их из лабораторного формата в опытно-промышленный, специалисты ВНИИНМ и проектного направления ？Прорыв？ спроектировали исследовательский стенд. Он состоит из аппарата электрохимического растворения, кристаллизатора, установки СВЧ-денитрации и робототехнического комплекса (РТК).
？На стенде мы должны показать работоспособность трех процессов в связке,？— объясняет Константин Двоеглазов, ведущий научный сотрудник ВНИИНМ.？— Все установки непрерывного действия, полностью автоматизированы и спроектированы так, чтобы управляться дистанционно. Ремонт и периодическое обслуживание — при помощи РТК？.
Эксперименты будут проходить с урансодержащими имитаторами. В этом году в институте опробуют каждую установку по отдельности, подберут оптимальные режимы. На следующий год запланирован сквозной эксперимент: в течение суток все три узла и РТК будут работать вместе непрерывно.
Чтобы извлечь ядерные материалы из традиционного уранового топлива, достаточно химического растворения. Для уранплутониевого топлива нужна дополнительная, электрохимическая стадия.
？Фактически мы выщелачиваем ядерные материалы, в частности плутоний, из остатков, которые образуются при химическом растворении,？— рассказывает Константин Двоеглазов.？— Шнековым дозатором в аппарат загружается либо пульпа, содержащая твердые соединения плутония, либо порошок диоксида плутония. Они смешиваются в определенной пропорции с азотной кислотой и катализатором — двухвалентным серебром. Включается электрический ток — и процесс пошел？.
Масштаб экспериментальной установки — 1:10. Во ВНИИНМ работают на имитаторах ядерных материалов, в прошлом году на аппарате провели первую серию экспериментов. Основное оборудование смонтировано и опробовано, осталось оснастить рабочее место оператора в соседнем помещении и проверить в рабочем режиме систему газоочистки.
Полученный на предыдущей стадии раствор нитрата уранила по трубопроводам поступает на упаривание, превращается в густой плав и попадает в кристаллизатор — ？колонну, заполненную раствором азотной кислоты.
？По сути, это труба небольшого диаметра,？— ？говорит Елизавета Филимонова, старший научный сотрудник ВНИИНМ.？— ？Вокруг нее — ？еще одна труба, поделенная на секции — ？рубашки. По рубашкам циркулируют теплоносители разной температуры. Так мы организуем температурный профиль кристаллизации. Исходный раствор горячий — ？около 70？°C. Мы должны постепенно охладить его до температуры кристаллизации — ？чуть ниже нуля？.
Внизу колонны кристаллы встречает промывной поток азотной кислоты. Аппарат кристаллизации во ВНИИНМ — ？опытно-промышленный, он может очищать от продуктов деления 30 т нитрата уранила в год.
Установка предназначена для получения оксидов актинидов либо напрямую из их азотнокислых растворов, либо из кристаллов нитратов шестивалентных актинидов. Для этого есть три зоны, в которые непрерывно подается СВЧ-излучение.
？В первой зоне раствор упаривается. Во второй происходит денитрация, то есть разрушение нитрата уранила до оксида урана,？— ？рассказывает Константин Двоеглазов.？— ？В третьей — ？прокаливание при температуре 600–700？°C в аргоно-водородной смеси？. Конечный продукт переработки — ？диоксид урана. Он выгружается в приемные контейнеры. Заполненные контейнеры робот отсоединяет и ставит на стеллаж. После пробоотбора и анализа диоксид можно отдавать на рефабрикацию топлива.
На исследовательском стенде во ВНИИНМ оксид урана будет передаваться на установку растворения и демонстрировать полный цикл гидрометаллургической переработки в непрерывном режиме.
Источник: "Страна Росатом"