Радиохимическая переработка облученного ядерного топлива

При однократном использовании топлива в реакторе оно после облучения нс перерабатывается на радиохимическом заводе, а направляется прямо на хранение. Этот цикл называется открытым. В таком ЯТЦ из ОЯТ плутоний не извлекается.

Открытый ЯТЦ — хранение (захоронение) ОЯТ в геологических хранилищах.

Топливный цикл, в котором продукты деления отделяются от урана и плутония называется замкнутым топливным циклом. В таком ЯТЦ ОЯТ перерабатывается на радиохимическом заводе, а регенерированный уран возвращают снова на завод по получению UF₆, а выделенный плутоний можно направить, например, на завод по изготовлению МОХтоплива и снова загрузить в реактор. В замкнутом топливном цикле топливо может многократно циркулировать. Однако для замкнутого ЯТЦ требуются радиохимические заводы, и в рамках этого цикла будут циркулировать значительные количества плутония, что не безопасно с точки зрения риска распространения. Кроме того, в регенерированном топливе происходит многократное накопление U²³². В процессе радиохимической переработки ОЯТ U²³² практически не отделяется от остальных изотопов урана и переходит в регенерированный уран. При повторном использовании регенерированного урана в ядерных реакторах содержание U²'² будет возрастать, что приведет к усложнению радиационной обстановки. Однако такое топливо обладает свойством самозащищенности от неконтролируемого распространения. U²³² является одним наиболее предпочтительным ядерным материалом, который можно использовать для создания внутреннего долговременного радиационного барьера ОЯТ.

Поступившее на радиохимический завод топливо перегружают под водой из контейнеров в бассейны-хранилища. Из бассейнов ТВС поступают в отделение резки, где они режутся на куски заданного размера. Предварительно отрезаются концевые детали (хвостовики), не содержащие топлива. Разрезанные сборки попадают в растворители с азотной кислотой, где осуществляется выщелачивание (извлечение) урана, плутония, других ценных элементов. Тщательно отфильтрованные от взвесей растворы поступают на экстракцию. Основой процесса экстракции является распределение растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкостями (азотнокислыми растворами экстрагируемого вещества и органической фазой). При этом вещество распределяется между водным раствором и органикой до тех пор, пока не достигается равновесное состояние. Органическая фаза избирательно экстрагирует только уран и плутонии, оставляя почти все продукты деления в водной фазе. На завершающем этапе уран и плутоний реэкстрагируются — переводятся в уже не содержащий продукты деления раствор. Многоступенчатая экстракция позволяет произвести одновременно высокое раздельное извлечение из растворов урана и плутония и их глубокую, практически полную очистку от продуктов деления, что крайне важно при дальнейшем использовании регенерированного ядерного топлива.

Опасность распространения начинается снова на радиохимическом заводе, где плутоний и недовыгоревший уран отделяются от остального топлива. На радиохимических заводах, которые обрабатывают топливо из реакторов на тепловых нейтронах, получается так называемый реакторный плутоний. В выгружаемом топливе таких реакторов 20…30% изотопов плутония Ри²⁴⁰, Ри²⁴². Взрывные качества такого плутония плохие, тем не менее, из него можно создать ядерное взрывное устройство.

В целом эта стадия ЯТЦ представляет большую опасность в силу наличия выделенных фракций плутония и урана. Уязвимость в краже высокая. Технология переработки ОЯТ имеет дело с сильно радиоактивным и тепловыделяющим материалом. Поэтому используется дистанционное оборудование, отделяющее персонал от материала. Однако на установках могут быть участки, где плутоний содержащие материалы более доступны для кражи. Уязвимость к переключению персоналом зависит от постановки предприятия под гарантии МАГАТЭ. Риск распространения ЯО высокий.

Группа ядерных поставщиков наложила неофициальное эмбарго на экспорт перерабатывающих технологий.