DE1058747B

DE1058747B - Verfahren zum Ausscheiden von Spaltprodukten aus in einem Kernreaktor der Strahlung ausgesetzt gewesenem Uran oder Plutonium

Info

Publication number: DE1058747B
Application number: DEU5008A
Authority: DE
Inventors: John Keith Dawson; Allan Robert Gibson; Herbert Alwyn Cochrane Mckay
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1956-12-22
Filing date: 1957-12-21
Publication date: 1959-06-04
Also published as: GB838508A; FR1188891A

Description

DEUTSCHES

C 01

G -43/ 0 0 -

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHaNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AtSLEGESCHRIFT:

U 5008 VI/40a

21. DEZEMBER 19S7 4. JUNI 1959

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Behandeln von im Kernreaktor der Strahlung längere Zeit ausgesetzt gewesenem Spaltmaterial oder von verbrauchtem Kernbrennstoff, und· sie betrifft insbesondere das Entfernen von Spaltprodukten aus dem Spaltmaterial oder aus dem Kernbrennstoff heraus, da viele derartiger Spaltprodukte Kerngifte bilden oder sind und ihr zumindest teil weises Entfernen für die Wiederverwendung des Spaltmaterials als Kernbrennstoff von wesentlicher Bedeutung ist. ■

In der britischen Patentschrift 760217 ist ein Verfahren für das Herstellen des wasserfreien Chlorids eines Metalls, welches beispielsweise das Spaltmetall Uran sein kann, beschrieben, bei welchem Verfahren das Metall in eine Schmelze eingebracht wird, die ein geschmolzenes stabiles Chlorid eines anderen Metalls aufweist oder daraus besteht, welches durch das vorerwähnte Metall verdrängt werden kann. Das vorzugsweise zur Verwendung kommende Chlorid ist Bleichlorid. Unter gewissen Umständen wird aber auch Zinkchlorid verwendet. Es ist von Vorteil, der Schmelze ein Alkalimetallchlorid zuzusetzen, da hierdurch die Erstarrungstemperatur der Schmelze herabgesetzt wird. Das Verfahren wird vorzugsweise in einer reaktionsträgen bzw. inerten Atmosphäre durchgeführt.

Es hat sich nunmehr herausgestellt, daß immer dann, wenn das Chlorid eines in einem Kernreaktor der Strahlung ausgesetzt gewesenen Spaltmetalls, beispielsweise von Uran oder Plutonium, nach diesem Verfahren vorbereitet oder hergestellt wird, ein wesentlicher Anteil der Spaltprodukte, nämlich derjenige, dessen Chloride unter den vorherrschenden Umständen weniger stabil sind als das Chlorid des Spaltmetaüs, unter diesen Umständen keine Chloride bildet und aus der Schmelze heraus verdrängt wird, und zwar entweder mit Hilfe des Bleis oder durch überschüssiges Spaltmetall. Darüber hinaus ist festgestellt worden, daß dann, wenn aus der Schmelze, welche das Spaltmetallchlorid und die restlichen Spaltproduktchloride aufweist, das verdrängte Metall ausgeschieden wird und daß, wenn ein Metall der vorerwähnten Schmelze zugesetzt wird, welches in der Lage ist, das Spaltinetall aus der Schmelze heraus zu verdrängen, dessen Chlorid jedoch weniger stabil ist als die Chloride der Alkalimetalle, der alkalischen Erdmetalle (ausschließlich Magnesium) und der seltenen Erdmetalle (einschließlich Yttrium), unter den vorherrschenden Umständen oder Betriebsbedingungen ein weiterer wesentlicher Anteil der Spaltprodukte in der Schmelze zurückbleibt und lediglich ein kleiner Anteil der Spaltprodukte, welche ursprünglich im bestrahlten Spaltmetall vorhanden waren, mit dem Spaltmetall verdrängt wird. Metalle, Verfahren

zum Ausscheiden von Spaltprodukten aus in einem Kernreaktor der Strahlung . .; ausgesetzt gewesenetnjüfan . , oder Plutonium :

ίο Anmelder: ·

United Kingdom Atomic Energy Authprity, London ^

»5 Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen (Westf.), Oraöienstr. 14 |

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 22. Dezember 1956

John Keith Dawson, Allan Robert Gibsoij

und Herbert Alwyn Cochrane McKay, London,

sind als Erfinder genannt worden

welche das Spaltmetall verdrängen bzw. ersetzen und deren Chloride die Eigenschaften aufweisen, welche diesen Umständen oder Betriebszuständen in ausreichender Weise Rechnung tragen, sind unter anderem Magnesium und Aluminium. Vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher eine wesentliche Entgiftung des Spaltmetalls von Spaltproduktgiften erreicht.

Erfindungsgemäß setzt sich ein Verfahren für das zumindest teilweise Ausscheiden bzw. Entfernen oder Ausbringen von Spaltprodukten aus einem bestrahlten Spaltmetall aus mehreren Verfahrensstufen zusammen, nämlich erstens dem Einbringen des bestrahlten Spaltmetalls in eine Schmelze hinein, welche ein geschmolzenes stabiles Chlorid eines anderen Metails aufweist, welches durch das vorerwähnte Spaltmetall verdrängt werden kann, und zwar in einer solchen Menge, daß das Spaltmetall hinsichtlich des zu verdrängenden Metalls im Überschuß vorhanden ist, zweitens dem Abtrennen des verdrängten Metalls aus der das Chlorid des Spaltmetalls enthaltenden Schmelze und drittens dem Einbringen in die Schmelze aus Spaltmetallchlorid eines Metalls, welches in der Lage ist, das vorerwähnte Spaltmetall zu verdrängen, dessen Chlorid jedoch weniger stabil als

909 529/403

die Chloride der Alkalimetalle, der alkalischen Erdmetalle und der seltenen Erdmetalle ist. Vorzugsweise enthält die Schmelze, welche das vorerwähnte geschmolzene stabile Chlorid aufweist, außerdem ein Alkalimetallchlorid.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß in der ganzen Beschreibung unter dem Auedruck »Alkalimetall« Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, unter dem Ausdruck »alkalisches Erdmetall« Kalzium, Strontium und Barium, jedoch nicht Magnesium, unter dem Ausdruck »Seltenes Erdmetall« die Lanthanide-Metallgruppe und Yttrium und unter dem Ausdruck »Spaltmetall« Uran und Plutonium verstanden werden sollen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, welches besondere Vorteile aufweist, wird so viel Spaltmetall in eine Schmelze, welche geschmolzenes Bleichlorid und ein Alkalimetallchlorid aufweist, eingebracht, bis im wesentlichen alles Blei verdrängt und das Spaltmetall im Überschuß vorhanden ist; dann wird das Blei aus der Schmelze, welche das Spaltmetallchlorid enthält, abgetrennt, und Magnesium oder Aluminium werden in solcher Menge in die abgetrennte Schmelze eingebracht, bis im wesentlichen alles Spaltmetall verdrängt worden ist. Das verdrängte Spaltmetall kann daraufhin von der Schmelze, welche Magnesium- oder Aluminiumchlorid enthält, abgetrennt werden. Das Spaltmetall wird dadurch in einem wesentlichen Ausmaß von Spaltprodukten entgiftet, welche ursprünglich im der Strahlung ausgesetzt gewesenem Spaltmetall vorhanden waren, wobei wesentliche Anteile der vorerwähnten Spaltprodukte in das Blei und in das Magnesium- oder Aluminiumchlorid hinein ausgeschieden worden. Falls Magnesium oder Aluminium im Überschuß zugesetzt wurde, um die vollständige Verdrängung des Spaltmetalls zu gewährleisten, konnte festgestellt werden, daß gewisse Spaltprodukte, beispielsweise seltene Erdmetalle, ebenfalls verdrängt worden sind, obwohl ihre Chloride stabiler als das Chlorid von Magnesium oder Aluminium sind. Dies kann auf Grund der Tendenz der Seltenen Erdmetalle eintreten, mit Aluminium und Magnesium Legierungen zu bilden. In solchen Fällen wird eine weitere Behandlung des Spaltmetalls durch Erwärmen auf eine Temperatur empfohlen, welche mindest so hoch liegt wie der Schmelzpunkt des Spaltmetalls und vorzugsweise etwa 1200° C beträgt, bei welcher Temperatur die Seltenen Erdmetalle flüchtig sind und dadurch aus dem Spaltmetall heraus entfernt werden, wodurch das Spaltmetall weiter von Spaltprodukten entgiftet wird.

In gewissen Fällen wird das verdrängte Spaltmetall in Form einer Legierung mit dem es verdrängenden Metall erhalten; Uran wird beispielsweise, wenn durch Aluminium verdrängt, in Form einer Uran-Aluminmm-Legierung erhalten.

Ein Anteil der Spaltprodukte weist Chloride von fast gleicher Stabilität wie das Chlorid des Spaltmetalls auf; Zirkoniumchlorid hat z.B. unter den Reaktionsverhältnissen eine ähnliche Stabilität wie Urantrichlorid. Derartige Spakprodukte können nicht aus dem Spaltmetall ausgeschieden werden. Ein hoher Anteil bedeutsamer Spaltgifte jedoch, d. h. diejenigen Spaltprodukte, welche stark neutronenabsorbierend sind, wird aus dem Spaltmetall entweder in das Metall hinein, welches durch das Spaltmetall verdrängt wird, oder in die Chloridschmelze hinein, welche nach der dritten Verfahrensstufe zurückbleibt, ausgeschieden, oder er wird vermittels der entsprechend gewählten Wärmestufe oder -behandlung verflüchtigt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren für das zumindest teilweise Entfernen von Spaltprodukten aus in einem Kernreaktor der Strahlung ausgesetzt gewesenem Uran

ao oder Plutonium, dadurch gekennzeichnet, daß das Uran oder Plutonium in eine Chloridschmelze eines Metalls, das durch Uran oder Plutonium verdrängt werden kann, in solcher Menge eingeführt wird, bis es im Verhältnis zum verdrängten Metall

»5 im Überschuß vorhanden ist, worauf das verdrängte Metall aus der Chloridschmelze des Urans oder Plutoniums abgetrennt wird und in die Uranoder Plutoniumchloridschmelze ein Metall eingeführt wird, welches in der Lage ist, das Uran oder Plutonium zu verdrängen, dessen Chlorid jedoch weniger stabil ist als die Chloride der Alkalimetalle, der alkalischen Erdmetalle und der Seltenen Erdmetalle, und zwar in solcher Menge, daß im wesentlichen alles Uran oder Plutonium verdrängt wird, worauf das Uran oder Plutonium von der so gebildeten Schmelze abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Uran oder Plutonium in eine ein Alkalimetallchlorid enthaltende Metallchloridschmelze eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallchlorid Bleichlorid ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrängung des Urans oder Plutoniums aus deren Chloriden Magnesium verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrängung des Urans und Plutoniums aus deren Chloriden Aluminium verwendet wird.

:

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verdrängte Uran oder Plutonium auf eine Temperatur erhitzt wird, welche zumindest so hoch ist wie deren Schmelzpunkt und welche vorzugsweise etwa 1)200° C beträgt.