RU2702620C1 - Method for isotope recovery of regenerated uranium - Google Patents

Method for isotope recovery of regenerated uranium Download PDF

Info

Publication number
RU2702620C1
RU2702620C1 RU2019110038A RU2019110038A RU2702620C1 RU 2702620 C1 RU2702620 C1 RU 2702620C1 RU 2019110038 A RU2019110038 A RU 2019110038A RU 2019110038 A RU2019110038 A RU 2019110038A RU 2702620 C1 RU2702620 C1 RU 2702620C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
cascade
isotope
enriched
regenerated
Prior art date
Application number
RU2019110038A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Невиница
Андрей Юрьевич Смирнов
Георгий Иванович Сулаберидзе
Петр Анатольевич Фомиченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2019110038A priority Critical patent/RU2702620C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2702620C1 publication Critical patent/RU2702620C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/42Reprocessing of irradiated fuel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear physics and equipment.
SUBSTANCE: invention relates to closure of nuclear fuel cycle and can be used for return of uranium extracted from spent nuclear fuel (SNF) into fuel cycle of both light-water reactors and other types of reactors operating on enriched uranium. Method for isotopic recovery of regenerated uranium involves high content of isotope 235U to 3–5 wt% in regenerated uranium with reduction of absolute and / or relative concentration of even uranium isotopes, with separation of raw uranium regenerate raw material isotopes at installation of two successive gas-centrifugal cascades. Moreover, the raw uranium regenerate is enriched in the fissile isotope uranium-235 in the first gas centrifugal cascade to content of 5–15 wt%. 235U, for production of commercial isotopic mixture, second stage cascade containing 5–14 wt%. 235U is mixed with low-enriched uranium-diluent of natural origin and concentration 235U 3–5 wt%, and the second cascade selected flow is enriched by 235U up to 20 wt% is directed into storage container. After holding and radiochemical cleaning, the next batch at the inlet of the first gas centrifuge cascade is mixed with the recovered uranium.
EFFECT: technical result is elimination of hazardous high concentrations of fissile isotope 235U is not more than 20 % by isotope 235U at any stages of the process, providing complete recovery of regenerated uranium in fuel reproduction due to the absence of unused regenerate directed to long-term storage.
1 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области замыкания ядерного топливного цикла и может быть использовано для возврата урана, выделенного из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), в топливный цикл как легководных реакторов, так и других типов реакторов, работающих на обогащенном уране.The invention relates to the field of closure of the nuclear fuel cycle and can be used to return uranium extracted from spent nuclear fuel (SNF) to the fuel cycle of both light-water reactors and other types of reactors operating on enriched uranium.

На современном этапе развития ядерных технологий уран составляет более 95% делящихся компонентов отработавшего топлива. Использование так называемого регенерированного урана позволит снизить потребности в природном уране и заметно сократить объем захоронения радиоактивных отходов по сравнению с открытым топливным циклом. Данный материал может быть использован в качестве сырья для наработки низкообогащенного урана в каскадах газовых центрифуг. Под термином «каскад» здесь и далее подразумевают многоступенчатую разделительную установку, представляющую собой группу взаимосвязанных газовых центрифуг, в которую подают обрабатываемое сырье (питание каскада) и из которой выводят получаемые продукты (потоки отбора и отвала).At the present stage of nuclear technology development, uranium accounts for more than 95% of the fissile components of spent fuel. The use of so-called regenerated uranium will reduce the need for natural uranium and significantly reduce the amount of radioactive waste disposed in comparison with the open fuel cycle. This material can be used as raw material for the production of low enriched uranium in cascades of gas centrifuges. The term "cascade" hereinafter means a multi-stage separation unit, which is a group of interconnected gas centrifuges, which serves the processed raw materials (feed cascade) and from which the resulting products (flows of selection and dump).

Применение регенерата урана для изготовления ядерного топлива затруднено в связи с присутствием в его составе искусственных изотопов 232U и 236U и более высоким по отношению к природной смеси содержанием 234U. Указанные изотопы не отделяются от 235U в процессе химической переработки. Данный фактор обуславливает трудности при обогащении регенерированного урана в штатном трехпоточном (питание, отбор, отвал) или ординарном каскаде газовых центрифуг, поскольку изотопы 232U, 234U, 236U обогащаются совместно с 235U. В результате их концентрации в продукте оказываются выше величин, допускаемых стандартами, техническими условиями и спецификациями на товарный низкообогащенный уран (НОУ). Здесь и далее под «концентрацией» понимаем массовые концентрации (содержания) компонентов в смеси изотопов урана без учета возможных примесей.The use of uranium regenerate for the manufacture of nuclear fuel is difficult due to the presence of 232 U and 236 U artificial isotopes in its composition and a higher content of 234 U relative to the natural mixture. These isotopes are not separated from 235 U during chemical processing. This factor causes difficulties in the enrichment of regenerated uranium in a standard three-stream (feed, selection, dump) or ordinary cascade of gas centrifuges, since the 232 U, 234 U, 236 U isotopes are enriched together with 235 U. As a result, their concentration in the product is higher than allowed by standards, specifications and specifications for commodity low enriched uranium (LEU). Hereinafter, by “concentration” we mean the mass concentration (content) of components in a mixture of uranium isotopes without taking into account possible impurities.

Исходное содержание четных изотопов в регенерированном уране зависит от глубины выгорания ядерного топлива, из которого он выделен. В последние десятилетия сохраняется устойчивая тенденция к увеличению глубины выгорания топлива реакторов на тепловых нейтронах. Начиная с некоторых значений глубин выгорания, обогащение выгоревшего ядерного топлива возможно провести двумя методами: 1) добавление к выгоревшей смеси изотопов урана изотопной смеси урана-восстановителя с более высокой концентрацией 235U и отсутствием в нем четных изотопов; 2) обогащение выгоревшей изотопной смеси до более высокой концентрации 235U с использованием модифицированных каскадов газовых центрифуг.The initial content of even isotopes in the regenerated uranium depends on the burnup rate of the nuclear fuel from which it is extracted. In recent decades, there has been a steady tendency to increase the fuel burnup depth of thermal neutron reactors. Starting from some values of the burnup depths, it is possible to enrich a burned-out nuclear fuel in two ways: 1) add to the burned-out mixture of uranium isotopes an isotopic mixture of uranium-reducer with a higher concentration of 235 U and the absence of even isotopes in it; 2) enrichment of the burnt isotope mixture to a higher concentration of 235 U using modified cascades of gas centrifuges.

Большинство возможных решений указанной проблемы частично или полностью устраняет сложности, связанные с присутствием изотопов 232U, 234U и 236U, однако при этом расход регенерированного урана на единицу продукта, как правило, таков, что не позволяет полностью замкнуть цикл по урану, а именно добиться равенства масс регенерата, полученного из 1 кг ОЯТ и затраченного на производство 1 кг НОУ товарного качества.Most of the possible solutions to this problem partially or completely eliminate the difficulties associated with the presence of the 232 U, 234 U, and 236 U isotopes, however, the consumption of regenerated uranium per unit of product is usually such that it does not allow a complete closure of the uranium cycle, namely to achieve equal masses of the regenerate obtained from 1 kg of spent nuclear fuel and spent on the production of 1 kg of commercial grade LEU.

Известен способ изотопного восстановления регенерированного урана (Патент RU №2242812, G21C 19/42, B01D 59/20, опубл. 20.12.2004), состоящий в повышении содержания изотопа 235U в регенерированном уране до (2,0÷7,0) мас. % при снижении абсолютной или относительной концентрации изотопов 232U, 234U и 236U, включающий прямое обогащение гексафторида сырьевого уранового регенерата в двойном изотопно-разделительном каскаде газовых центрифуг (аналог). В первом каскаде сырьевой урановый регенерат обогащают изотопом 235U до содержания его в потоке отбора 3,5÷10,0 мас. % или 21,0÷36,0 мас. %, и потоком отбора первого каскада питают второй каскад, в котором обогащение изотопом 235U ведут до 21,0÷90,0 мас. % при отборе восстановленного топливного материала с содержанием изотопа 235U не более 50,0 мас. % через поток отвала второго ординарного каскада.There is a method of isotope reduction of regenerated uranium (Patent RU No. 2242812, G21C 19/42, B01D 59/20, publ. 12/20/2004), which consists in increasing the content of the 235 U isotope in regenerated uranium to (2.0 ÷ 7.0) wt. . % with a decrease in the absolute or relative concentration of 232 U, 234 U and 236 U isotopes, including direct enrichment of raw uranium regenerate hexafluoride in a double isotope-separation cascade of gas centrifuges (analog). In the first cascade, the raw uranium regenerate is enriched in the 235 U isotope to its content in the selection stream of 3.5 ÷ 10.0 wt. % or 21.0 ÷ 36.0 wt. %, and the second cascade is fed with the selection stream of the first cascade, in which enrichment with 235 U isotope leads to 21.0 ÷ 90.0 wt. % when selecting recovered fuel material with an isotope content of 235 U not more than 50.0 wt. % through the dump stream of the second ordinary cascade.

Недостатком способа является использование на одной из стадий высоких величин обогащения изотопа 235U (от 21 до 90%, при этом в соответствии с международными ограничениями в технологии должно применяться обогащение не более 20% по 235U), а также невозможность обеспечить заданную пропорцию между сырьевым регенератом и получаемым продуктом.The disadvantage of this method is the use at one stage of high enrichment values of the 235 U isotope (from 21 to 90%, while in accordance with international restrictions in the technology, enrichment of not more than 20% 235 U must be used), as well as the inability to provide a given proportion between the feed regenerate and the resulting product.

Известен способ изотопного восстановления регенерированного урана (Патент RU №2497210, G21C 19/42, B01D 59/20, опубл. 11.05.2012), включает повышение в гексафториде регенерированного урана содержания изотопа 235U до заданной в интервале 2,0÷5,0 мас. % величины, понижение относительной концентрации изотопа 232U в смеси изотопов урана и прямое обогащение гексафторида регенерированного урана изотопом 235U на двухкаскадной установке из разделительных ступеней газовых центрифуг (аналог). При этом в первом каскаде регенерированный уран обогащают изотопом 235U до 5,0÷10,0 мас. % при поддержании соотношения массовых расходов потока отвала и потока отбора каскада в интервале (6,9÷18,4):1. Потоки отвала и отбора первого каскада направляют на питание второго каскада. Регенерированный уран отбирают из разделительной ступени центральной части второго каскада. Изобретение обеспечивает полную очистку выгоревшей смеси изотопов урана от наиболее радиационно-опасного нуклида 232U и получение товарного низкообогащенного гексафторида урана при минимальной перестройке промышленных каскадов центрифуг.A known method of isotopic reduction of regenerated uranium (Patent RU No. 2497210, G21C 19/42, B01D 59/20, publ. 05/11/2012), includes increasing the content of isotope 235 U in hexafluoride of regenerated uranium to a value specified in the range 2.0 ÷ 5.0 wt. % value, a decrease in the relative concentration of the 232 U isotope in a mixture of uranium isotopes and direct enrichment of regenerated uranium hexafluoride with the 235 U isotope in a two-stage installation from gas centrifuge separation stages (analogue). Moreover, in the first cascade, regenerated uranium is enriched in the 235 U isotope to 5.0–10.0 wt. % while maintaining the ratio of the mass flow rates of the blade stream and the cascade selection stream in the interval (6.9 ÷ 18.4): 1. The dump and selection flows of the first cascade are directed to the power of the second cascade. Regenerated uranium is taken from the separation stage of the central part of the second cascade. The invention provides for the complete cleaning of a burnt mixture of uranium isotopes from the most radiation-hazardous nuclide 232 U and the production of commodity low-enriched uranium hexafluoride with minimal rearrangement of industrial cascades of centrifuges.

Недостатком способа является невозможность соблюсти заданную пропорцию между сырьевым регенератом и получаемым продуктом, а также потери работы разделения при смешивании «отхода» в виде обогащенной по 232U и 234U фракции, представляющей собой одновременно и радиоактивный отход и продукт, имеющий относительно высокую концентрацию 235U (до 20 мас. %).The disadvantage of this method is the inability to maintain a predetermined proportion between the raw material regenerate and the resulting product, as well as the loss of separation work when mixing the “waste” in the form of a fraction enriched in 232 U and 234 U, which is both a radioactive waste and a product having a relatively high concentration of 235 U (up to 20 wt.%).

Известен способ изотопного восстановления регенерированного урана (Патент RU №2282904, G21C 19/42, B01D 59/20, опубл. 27.08.2006), состоящий в том, что при разделении изотопной смеси исходного регенерированного урана в каскаде газовых центрифуг и последующем смешивании выделенной изотопной смеси с ураном-разбавителем, концентрацию изотопа 235U в регенерированном уране повышают до (2,0÷5,0) мас. % при понижении абсолютной и (или) относительной концентрации четных изотопов урана в получаемом продукте (прототип). Разделение урановой изотопной смеси ведут в двойном каскаде газовых центрифуг, в первом из которых обогащают сырьевой урановый регенерат по изотопу 235U до содержания 90,0 и более мас. %, во втором каскаде отделяют изотопы 232U и 234U в легкую фракцию, а в качестве изотопной смеси на смешение с ураном-разбавителем направляют поток отвала (тяжелую фракцию) второго каскада, обогащенную по изотопу 235U.There is a method of isotopic reduction of regenerated uranium (Patent RU No. 2282904, G21C 19/42, B01D 59/20, publ. 08/27/2006), which consists in the separation of the isotopic mixture of the initial regenerated uranium in a cascade of gas centrifuges and subsequent mixing of the separated isotopic mixtures with uranium-diluent, the concentration of the 235 U isotope in the regenerated uranium is increased to (2.0 ÷ 5.0) wt. % with a decrease in the absolute and (or) relative concentration of even isotopes of uranium in the resulting product (prototype). The separation of the uranium isotope mixture is carried out in a double cascade of gas centrifuges, in the first of which the raw uranium regenerate is enriched in the 235 U isotope to a content of 90.0 and more wt. %, in the second cascade, 232 U and 234 U isotopes are separated into the light fraction, and as a isotopic mixture, the dump stream (heavy fraction) of the second cascade enriched in the 235 U isotope is sent for mixing with uranium-diluent.

Недостатками способа являются получение на отдельных стадиях разделения высоких, более 90 мас. %, концентраций 235U, потери работы разделения на получение разбавителя при смешивании, а также невозможность соблюсти заданную пропорцию между сырьевым регенератом и получаемым продуктом.The disadvantages of the method are to obtain at separate stages of the separation of high, more than 90 wt. %, concentrations of 235 U, loss of separation work to obtain a diluent during mixing, and the inability to maintain a predetermined proportion between the raw material regenerate and the resulting product.

Настоящее изобретение направлено на решение следующих задач и достижения технических результатов:The present invention is directed to solving the following problems and achieving technical results:

Figure 00000001
достижение требуемого обогащения регенерированного урана изотопом 235U с одновременным снижением концентраций четных изотопов до заранее заданных пределов;
Figure 00000001
achieving the required enrichment of regenerated uranium with the 235 U isotope while reducing even isotope concentrations to predetermined limits;

Figure 00000001
исключение опасных высоких концентраций делящегося изотопа 235U (не более 20% по изотопу 235U) на любых стадиях процесса;
Figure 00000001
the exclusion of dangerous high concentrations of fissile isotope 235 U (not more than 20% of the isotope 235 U) at any stage of the process;

Figure 00000001
обеспечение условия полного возврата регенерированного урана в воспроизводство топлива (отсутствие неиспользованного регенерата, направляемого на длительное складское хранение);
Figure 00000001
ensuring conditions for the full return of regenerated uranium to fuel reproduction (absence of unused regenerate sent for long-term storage);

Figure 00000002
минимизации массы высокоактивного отхода, в котором сконцентрированы нежелательные четные изотопы урана 232U, 234U, 236U;
Figure 00000002
minimizing the mass of highly active waste, in which undesirable even isotopes of uranium 232 U, 234 U, 236 U are concentrated;

Figure 00000001
минимизация массы урана-разбавителя природного происхождения.
Figure 00000001
minimization of the mass of natural uranium diluent.

Для решения указанных задач предложен способ изотопного восстановления регенерированного урана, заключающийся в повышении содержания изотопа 235U до 3-5 мас. % в регенерированном уране при понижении абсолютной и/или относительной концентрации четных изотопов урана, включающий разделение изотопов сырьевого уранового регенерата на установке из двух последовательных газоцентрифужных каскадов, смешении выделенной товарной изотопной смеси с ураном-разбавителем, при этом обогащают сырьевой урановый регенерат по делящемуся изотопу 235U в первом газоцентрифужном ординарном каскаде до содержания 5-15 мас. %. 235U, для получения товарной изотопной смеси отвал второго каскада содержащего 5-14 мас. %. 235U смешивают с низкообогащенным ураном-разбавителем природного происхождения и концентрацией 235U 3-5 мас. %, а поток отбора второго каскада обогащенный по 235U до 20 мас. % направляют в емкость для хранения, и после выдержки смешивают с регенерированным ураном следующей партии на входе в первый каскад газовых центрифуг.To solve these problems, a method of isotope reduction of regenerated uranium is proposed, which consists in increasing the content of the 235 U isotope to 3-5 wt. % In the recovered uranium by lowering the absolute and / or relative concentration of the even isotopes of uranium, comprising the isotope separation feed uranium regenerate on installation of two consecutive gas centrifuge cascades mixing the selected commodity isotopic mixture with uranium diluent, thus enriching the raw uranium reclaimed for fissile isotope 235 U in the first gas centrifuge ordinary cascade to a content of 5-15 wt. % 235 U, to obtain a marketable isotopic mixture, the dump of the second cascade containing 5-14 wt. % 235 U is mixed with low enriched uranium diluent of natural origin and a concentration of 235 U 3-5 wt. %, and the selection stream of the second cascade enriched in 235 U to 20 wt. % is sent to a storage tank, and after aging, they are mixed with regenerated uranium of the next batch at the entrance to the first cascade of gas centrifuges.

Кроме того, после выдержки проводят радиохимическую очистку изотопной смеси.In addition, after exposure, radiochemical purification of the isotope mixture is carried out.

Под «двойным газоцентрифужным каскадом» понимаем схему, представляющую собой последовательное соединение двух ординарных каскадов, в котором отбор первого каскада служит внешним питанием второго каскада.By “double gas centrifuge cascade” we mean a circuit that is a series connection of two ordinary cascades in which the selection of the first cascade serves as the external power supply to the second cascade.

Основными отличительными особенностями способа является то, что обогащение в первом каскаде ведут до концентраций не более 15% мас.,The main distinguishing features of the method is that the enrichment in the first cascade is carried out to concentrations of not more than 15% wt.,

- гексафторид восстановленного по изотопному составу урана получают путем смешивания отвала второго каскада, содержащего 5-14 мас. %. 235U, с низкообогащенным ураном-разбавителем природного происхождения с подобранной концентрацией в диапазоне 3-5 мас. %, с целью обеспечения заданной пропорции между потоком сырьевого уранового регенерата и товарного НОУ.- hexafluoride restored by the isotopic composition of uranium is obtained by mixing the dump of the second cascade containing 5-14 wt. % 235 U, with low enriched uranium-diluent of natural origin with a selected concentration in the range of 3-5 wt. %, in order to ensure a predetermined proportion between the flow of raw uranium regenerate and commercial LEU.

Кроме того, изотопную урановую смесь в отборе второго каскада, обогащенную по 235U до 20 мас. % и загрязненную изотопами 232U, 234U и 236U, перемешивают с гексафторидом регенерированного урана от следующей партии обогащения и снова направляют в цикл восстановления регенерированного урана в предложенной схеме двойного каскада.In addition, the isotopic uranium mixture in the selection of the second cascade, enriched in 235 U to 20 wt. % and contaminated with 232 U, 234 U and 236 U isotopes, are mixed with regenerated uranium hexafluoride from the next batch of enrichment and again sent to the recovery cycle of regenerated uranium in the proposed double cascade scheme.

Смешивание всех потоков проводят в химической форме гексафторида урана.Mixing of all streams is carried out in the chemical form of uranium hexafluoride.

Реализация способа поясняется чертежом, где приведена блок-схема двойного газоцентрифужного разделительного каскада для очистки сырьевого уранового регенерата от четных изотопов урана, схема смешивания отбора тяжелой фракции второго каскада (очищенной от 232U, 234U 236U изотопной смеси) с ураном разбавителем для получения товарного НОУ и схема смешивания отбора легкой фракции второго каскада (загрязненной 232U, 234U 236U изотопной смеси) с регенератом следующей партии обогащения.The implementation of the method is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a double gas centrifuge separation cascade for cleaning raw uranium regenerate from even isotopes of uranium, a scheme for mixing the selection of the heavy fraction of the second cascade (purified from 232 U, 234 U 236 U isotopic mixture) with uranium diluent to obtain a commodity LEU and mixing scheme for the selection of the light fraction of the second cascade (contaminated with 232 U, 234 U 236 U of the isotopic mixture) with the regenerate of the next batch of enrichment.

Двойной каскад состоит из ординарных каскадов 1 и 2. Поток гексафторида сырьевого регенерированного урана 3 поступает в каскад 1, где он обогащается до промежуточных обогащений (выбор соотношения обогащений первого и второго каскадов может делаться с учетом изотопного состава сырьевого регенерата урана).The double cascade consists of ordinary cascades 1 and 2. The stream of raw regenerated uranium 3 hexafluoride enters cascade 1, where it is enriched to intermediate enrichments (the choice of the ratio of enrichments of the first and second cascades can be made taking into account the isotopic composition of the raw uranium regenerate).

Отвал первого каскада 4 направляют на складское хранение обедненного гексафторида урана с возможностью дальнейшей конверсии в закись-окись и хранения или утилизации в таком виде. Поток 5 обогащенной по 235U смеси (5-15 мас. %) поступает на вход второго ординарного каскада, где разделяется на две части. В отвале второго каскада 6 собирают гексафторид урана с пониженным содержанием изотопов 232U, 234U и 236U по сравнению с потоком 5. В потоке отбора второго каскада 7 накапливают гексафторид урана с повышенным содержанием 232U, 234U 236U и обогащенным по изотопу 235U до 20 мас. %.The dump of the first cascade 4 is sent for storage of depleted uranium hexafluoride with the possibility of further conversion to nitrous oxide and storage or disposal in this form. Stream 5 enriched in 235 U mixture (5-15 wt.%) Enters the input of the second ordinary cascade, where it is divided into two parts. Uranium hexafluoride with a reduced content of 232 U, 234 U and 236 U isotopes is collected in the dump of the second cascade 6 in comparison with stream 5. Uranium hexafluoride with a high content of 232 U, 234 U 236 U and enriched in isotope 235 is accumulated in the selection stream of the second cascade 7 U up to 20 wt. %

Параллельно на заводе по обогащения природного урана по штатной схеме готовят гексафторид урана-разбавителя, поставляемый для участка смешивания с гексафторидом урана потока 6. Получение гексафторида товарного НОУ (поток 8 на блок-схеме) ведут путем смешивания потоков 6 и 9 в заданной пропорции в газовой фазе после десублимации поступившего на участок смешивания урана-разбавителя. При этом концентрация 235U в потоке 8 должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечить заданную пропорцию между сырьевым регенератом урана и товарным НОУ.At the same time, in a factory for natural uranium enrichment, a diluent hexafluoride is supplied according to the standard scheme. It is supplied for the mixing section with stream 6 uranium hexafluoride. Production of commercial know-how hexafluoride (stream 8 in the flowchart) is carried out by mixing flows 6 and 9 in a given proportion in gas phase after desublimation of the uranium-diluent received at the mixing site. In this case, the concentration of 235 U in stream 8 must be selected in such a way as to provide a predetermined proportion between the raw uranium regenerate and commercial LEU.

Поток отбора 7 второго каскада, представляющий собой загрязненную 232U, 234U, 236U фракцию, содержащую при этом 235U обогащением до 20%, направляют в буферную емкость 10, где хранят до ~полутора лет, а далее, после радиохимической очистки в виде потока 11 направляют на вход первого газоцентрифужного каскада, где смешивают с пришедшим на обогащение сырьевым урановым регенератом следующей партии 3.The sampling stream 7 of the second cascade, which is a contaminated 232 U, 234 U, 236 U fraction, containing 235 U enriched up to 20%, is sent to buffer tank 10, where it is stored for ~ one and a half years, and then, after radiochemical cleaning, in the form stream 11 is directed to the inlet of the first gas centrifuge cascade, where it is mixed with the next batch of 3 that came to be enriched in raw uranium regenerate.

Далее процесс может быть повторен неоднократно в процессе реализации предложенного способа.Further, the process can be repeated repeatedly in the process of implementing the proposed method.

Конкретные примеры реализации способа приведены в таблице.Specific examples of the implementation of the method are given in the table.

Рассмотрен топливный цикл легководного реактора с полным использованием регенерированного урана на примере реактора типа ВВЭР-1200, работающего в установившемся режиме перегрузок. В качестве примера рассмотрим обогащение регенерированного урана, который проходит второй цикл облучения. То есть на «нулевом» этапе топливо на основе НОУ из природного сырья выдержало облучение в рамках штатной кампании реактора, далее, после стадий переработки и отделения урановой фракции полученный регенерат был обогащен с использованием простейшей модификации ординарного каскада ввиду малых содержаний 232U и 234U. После этого полученный НОУ был подвергнут следующему циклу облучения. Однако выделенный из него регенерат ввиду более высокого содержания четных изотопов уже не может быть обогащен в простейших модификациях ординарного каскада с одновременным выполнением всех необходимых условий. Именно на восстановление смеси сырьевого регенерата при таких условиях и направлен предлагаемый способ.The fuel cycle of a light-water reactor with full use of regenerated uranium is considered on the example of a VVER-1200 reactor operating in the steady state overload conditions. As an example, consider the enrichment of regenerated uranium, which undergoes a second irradiation cycle. That is, at the “zero” stage, fuel based on LEU from natural raw materials survived irradiation as part of the regular campaign of the reactor, then, after the stages of processing and separation of the uranium fraction, the obtained regenerate was enriched using the simplest modification of the ordinary cascade due to the low contents of 232 U and 234 U. After that, the obtained LEU was subjected to the next irradiation cycle. However, the regenerate isolated from it, due to the higher content of even isotopes, can no longer be enriched in the simplest modifications of the ordinary cascade with the simultaneous fulfillment of all necessary conditions. It is to restore the mixture of raw material regenerate under such conditions and the proposed method is directed.

В качестве величин номинального обогащения, т.е. обогащения в случае использования природного урана в качестве сырья выбраны величины 4,4 и 4,95 мас. %. Полученную после восстановления первой партии регенерата фракцию, обогащенную по изотопу 232U и имеющую 20% содержание изотопа 235U направляют на временное хранение в буферную емкость 10, где указанная смесь хранится до поступления новой партии регенерата (в рассмотренном примере это полтора года). После чего, проводят ее радиохимической очистке от продуктов распада 232U. 234U, 236U, а затем смешивают с регенератом, полученным после переработки второй партии ОТВС и направляют на дообогащение. Результаты расчета параметров двойных каскадов для этого случая приведены в таблице. При расчете изотопного состава смешанного гексафторида урана, направляемого на вход каскада при изготовлении топлива второй (или третьей) перегрузки из таблицы, учитывалось изменение изотопного состава возвращаемой фракции за время хранения в буферной емкости. В случае, когда возврата потока отбора не происходит, параметры топлива для всех перегрузок второго рецикла совпадают с параметрами первой перегрузки из таблицы, а изотопный состав урана, попадающего в отходы на каждой перегрузке, и его количество, совпадает с составом возвращаемой фракции первой перегрузки из таблицы.As values of nominal enrichment, i.e. enrichment in the case of using natural uranium as raw materials selected values of 4.4 and 4.95 wt. % The fraction obtained after the restoration of the first batch of the regenerate, enriched in 232 U isotope and having a 20% content of the 235 U isotope, is sent for temporary storage to buffer tank 10, where this mixture is stored until a new batch of regenerate arrives (in the considered example, this is a year and a half). After that, it is subjected to radiochemical purification from decay products of 232 U. 234 U, 236 U, and then mixed with the regenerate obtained after processing the second batch of SFAs and sent for further enrichment. The results of calculating the parameters of double cascades for this case are given in the table. When calculating the isotopic composition of mixed uranium hexafluoride directed to the input of the cascade during fuel production of the second (or third) overload from the table, the change in the isotopic composition of the returned fraction during storage in the buffer tank was taken into account. In the case when there is no return of the selection stream, the fuel parameters for all transshipments of the second recycling coincide with the parameters of the first transshipment from the table, and the isotopic composition of uranium falling into the waste at each transshipment, and its amount, coincides with the composition of the returned fraction of the first transshipment from the table .

Как видно из данных таблицы организация подобной схемы рециклирования действительно позволяет полностью израсходовать и исходный регенерированный уран и образующуюся во втором каскаде фракцию с 20% содержанием изотопа 235U и наиболее высоким по отношению ко всем остальным потокам схемы содержание четных изотопов.As can be seen from the table, the organization of such a recycling scheme really allows you to completely use up both the initial regenerated uranium and the fraction formed in the second cascade with a 20% content of the 235 U isotope and the highest content of even isotopes relative to all other flows of the scheme.

При этом получаемый продукт отвечает условию компенсации 236U, величина концентрации 232U не превышает ограничения 5⋅10-7%, а относительная концентрация 234U и 235U не превышает величины 0,02.Moreover, the resulting product meets the compensation condition of 236 U, the concentration of 232 U does not exceed the limitation of 5⋅10 -7 %, and the relative concentration of 234 U and 235 U does not exceed the value of 0.02.

В Таблице даны изотопные составы и расходы природного урана для изготовления топлива для перегрузок реактора типа ВВЭР-1200 (без учета твэгов): топливо второго рециклаThe table shows the isotopic compositions and costs of natural uranium for the manufacture of fuel for overloading a VVER-1200 reactor (excluding twigs): fuel of the second recycling

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Claims (2)

1. Способ изотопного восстановления регенерированного урана, заключающийся в повышении содержания изотопа 235U до 3-5 мас. % в регенерированном уране при понижении абсолютной и/или относительной концентрации четных изотопов урана, включающий разделение изотопов сырьевого уранового регенерата на установке из двух последовательных газоцентрифужных каскадов, смешении выделенной товарной изотопной смеси с ураном-разбавителем, отличающийся тем, что обогащают сырьевой урановый регенерат по делящемуся изотопу 235U в первом газоцентрифужном ординарном каскаде до содержания 5-15 мас. %. 235U, для получения товарной изотопной смеси отвал второго каскада, содержащего 5-14 мас. %. 235U, смешивают с низкообогащенным ураном-разбавителем природного происхождения и концентрацией 235U 3-5 мас. %, а поток отбора второго каскада, обогащенный по 235U до 20 мас. %, направляют в емкость для хранения, и после выдержки смешивают с регенерированным ураном следующей партии на входе в первый каскад газовых центрифуг.1. The method of isotopic reduction of regenerated uranium, which consists in increasing the content of the isotope 235 U to 3-5 wt. % in regenerated uranium with a decrease in the absolute and / or relative concentration of even isotopes of uranium, including the separation of isotopes of raw uranium regenerate in an installation of two successive gas centrifuge cascades, mixing the separated commodity isotopic mixture with uranium-diluent, characterized in that the raw uranium regenerate is enriched in the 235 U isotope in the first gas centrifuge ordinary cascade to a content of 5-15 wt. % 235 U, to obtain a commodity isotope mixture dump of the second cascade containing 5-14 wt. % 235 U, mixed with low enriched uranium diluent of natural origin and a concentration of 235 U 3-5 wt. %, and the selection stream of the second cascade enriched in 235 U to 20 wt. %, sent to a storage tank, and after exposure, mixed with regenerated uranium of the next batch at the entrance to the first cascade of gas centrifuges. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после выдержки проводят радиохимическую очистку изотопной смеси.2. The method according to p. 1, characterized in that after exposure to conduct radiochemical purification of the isotopic mixture.
RU2019110038A 2019-04-04 2019-04-04 Method for isotope recovery of regenerated uranium RU2702620C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110038A RU2702620C1 (en) 2019-04-04 2019-04-04 Method for isotope recovery of regenerated uranium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110038A RU2702620C1 (en) 2019-04-04 2019-04-04 Method for isotope recovery of regenerated uranium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2702620C1 true RU2702620C1 (en) 2019-10-09

Family

ID=68171012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019110038A RU2702620C1 (en) 2019-04-04 2019-04-04 Method for isotope recovery of regenerated uranium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2702620C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759155C1 (en) * 2020-12-29 2021-11-09 Акционерное Общество "Производственное Объединение "Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") Method for recovery of isotopic regenerated uranium

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000056075A (en) * 1998-07-31 2000-02-25 Toshiba Corp Recycling method for spent oxide fuel
RU2282904C2 (en) * 2004-04-13 2006-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Министерства Российской Федерации по атомной энергии Method for recovered-uranium isotope reduction
RU2497210C1 (en) * 2012-05-11 2013-10-27 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of isotopic recovery of regenerated uranium
KR20150141782A (en) * 2014-06-10 2015-12-21 한국원자력연구원 Apparatus for providing nuclear fuel cycle for nuclear power plant and method thereof
WO2018178192A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Framatome Gmbh Method for recovering uranium from components contaminated with uranium oxide

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000056075A (en) * 1998-07-31 2000-02-25 Toshiba Corp Recycling method for spent oxide fuel
RU2282904C2 (en) * 2004-04-13 2006-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Министерства Российской Федерации по атомной энергии Method for recovered-uranium isotope reduction
RU2497210C1 (en) * 2012-05-11 2013-10-27 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of isotopic recovery of regenerated uranium
KR20150141782A (en) * 2014-06-10 2015-12-21 한국원자력연구원 Apparatus for providing nuclear fuel cycle for nuclear power plant and method thereof
WO2018178192A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Framatome Gmbh Method for recovering uranium from components contaminated with uranium oxide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759155C1 (en) * 2020-12-29 2021-11-09 Акционерное Общество "Производственное Объединение "Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") Method for recovery of isotopic regenerated uranium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4278559A (en) Method for processing spent nuclear reactor fuel
RU2702620C1 (en) Method for isotope recovery of regenerated uranium
Palkin et al. Purification of Regenerated Uranium Hexafluoride by Removal of 232,234,236 U in the Intermediate Product of a Two-Feed-Flow Cascade
WO2019035736A1 (en) Method of producing the radionuclide nickel-63
RU2307410C2 (en) Method for recovering fuel in the form of uranium isotope hexafluoride mixture burnt up in nuclear reactor for its reuse in nuclear reactor
Palkin Application of quasi-ideal cascades and the dilution operation for purification of regenerated uranium hexafluoride
Palkin Reprocessed uranium purification in cascades with 235U enrichment to 5%
RU2497210C1 (en) Method of isotopic recovery of regenerated uranium
RU2399971C1 (en) Method of isotopic recovery of regenerated uranium
Palkin Purification of regenerated uranium in a two-cascade scheme using intermediate product extraction in one of the cascades
RU2321544C2 (en) Method of preparing diluent for processing military highly enriched uranium into reduced-enrichment uranium
RU2282904C2 (en) Method for recovered-uranium isotope reduction
RU2242812C2 (en) Isotope reduction of regenerated uranium
RU2759155C1 (en) Method for recovery of isotopic regenerated uranium
Palkin Purification and enrichment of regenerated uranium in a double cascade
RU2236053C2 (en) Method for isotope recovery of regenerated uranium
Palkin Purification of depleted uranium hexafluoride in a cascade with intermediate product flow
RU2377674C1 (en) Method of treating contaminated uranium material
CN113574612A (en) Nuclear fuel cycle remixing
Palkin Calculation of a cascade system for the purification of regenerated uranium hexafluoride from 232,234,236 U
Palkin 232,234,236 U Removal from Contaminated Waste Uranium Hexafluoride in a Double Cascade
RU2110856C1 (en) Method for recovery of uranium isotope mixture burnt-out in nuclear reactor
RU2292303C2 (en) Method of preparing reduced-enrichment uranium hexafluoride from high-enrichment arms uranium
RU2613157C1 (en) Method of purifying contaminated raw material for separating production
RU2361297C2 (en) Method of isotopic recycling uranium

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20200323