Использование галлия и индия может удешевить процесс парохимической переработки ядерного топлива, сохранив при этом его эффективность. Такой вывод сделали ученые Уральского федерального университета (УрФУ) по итогам исследования, результаты которого опубликованы в журнале Alloys.
Исследование было основано на использовании метода «солевой расплав — жидкометаллический сплав», который подходит для переработки маловыдержанного ядерного топлива с высокой глубиной выгорания. Такое топливо не поддается переработке с помощью «водных» технологий, например, селективного извлечения урана и плутония из растворов с помощью органических соединенный. Преимуществом выбранного метода является и экологическая безопасность, поскольку он позволяет минимизировать количество ядерных отходов по итогам переработки.
Отработанное ядерное топливо (ОЯТ) содержит не только соединения урана, но также плутоний и продукты деления. Авторы исследования растворили ОЯТ в солевом расплаве, затем смешали его с жидким сплавом на основе галлия и индия — серебристо-белых металлов, отличающихся низкой температурой плавления, а также высокой тепло- (галлий) и электропроводностью (индий). В результате происходило перераспределение компонентов: уран концентрировался в металле, а ненужные продукты деления оставались в соли.
«Суть в чем — перед тем как переработать топливо, его подвергают выдержке, чтобы короткоживущие радионуклиды распались и активность вещества снизилась. Если перерабатывать недостаточно выдержанное топливо при помощи, например, водной технологии, то вода подвергается радиолизу, то есть разложению, и процесс идет неэффективно. А использование расплавленных солей с жидкометаллическими сплавами позволяет сократить время выдержки ядерного топлива», — цитирует Российский научный фонд одного из авторов исследования, ведущего инженера кафедры редких металлов и наноматериалов УрФУ Александра Дедюхина.
Ученые провели эксперимент и создали три сплава на основе галлия и индия, в которых содержалось 21,8 %, 40 % и 70 % индия. Чтобы оценить растворимость ядерного топлива, ученые проводили химический анализ проб насыщенного жидкометаллического раствора. Как показал анализ, чем выше концентрация индия, тем ниже эффективность разделения урана и компонентов ядерного топлива. И наоборот, сплав, в котором концентрация индия составляла лишь 21,8 %, оказался наиболее пригодным для этой задачи.
