Comment fonctionne le retraitement du combustible nucléaire?

Pour autant que je sache, les piles à combustible épuisées sont écrasées et résolues dans de l'acide nitrique.

Qu'est-ce qui vient après ça? Cet acide nitrique devrait probablement contenir un très large spectre de sels différents (pratiquement tous les éléments entre 35-65, et pourtant beaucoup de transurans, et beaucoup d'uranium (tous deux 235 et 238), et du plutonium).

Pour parvenir à un retraitement efficace, l'uranium (ou, du moins, les éléments actinides) doit être en quelque sorte séparé de cette solution. Mais, AFAIK, ils ont des propriétés chimiques très différentes. Comment est-il possible de séparer uniquement les matériaux transuraniens?

Extraction des produits de fission

La séparation du plutionium et de l'uranium des autres produits de fission se fait avec la molécule organique tributyl phosphate par extraction liquide-liquide . Vous avez deux phases, une organique et une aqueuse. Les produits de fission se résoudront en phase aqueuse et l'uranium / plutonium se résoudra en phase organique avec le tributylphosphate.

Séparation uranium / plutonium

Pour séparer l'uranium du plutonium, vous devez réduire le plutonium avec du nitrate d'uranium. Encore une fois, vous avez deux flux: un avec l'uranium / plutonium d'avant et un flux aqueux avec du nitrate d'uranium (U4 +). Le plutonium sera réduit et résolu dans la solution aqueuse.

Pour accomplir les processus chimiques susmentionnés, l'extraction liquide-liquide vous pouvez utiliser les desgins suivants:

Mixer-Settler

( source )

Colonne d'impulsion

( source )

Le principe est toujours: la phase organique est plus légère que la phase aqueuse. Les deux phases sont d'abord séparées, puis mélangées, puis à nouveau séparées. Pendant le mélange, les réactions chimiques se produisent.

Veuillez consulter la source mentionnée pour plus d'informations.

Vous pouvez essayer Wikipedia , mais ils notent que l'article peut ne pas répondre aux normes de qualité, je vais donc rester loin de là en tant que source. L' Association nucléaire mondiale semble de toute façon plus crédible. Leur page discute du processus. Citant la section intitulée "Retraitement aujourd'hui - PUREX" (c'est moi qui souligne):

Toutes les usines de retraitement commerciales utilisent le procédé hydrométallurgique éprouvé PUREX (extraction au plutonium et à l'uranium). Cela implique la dissolution des éléments combustibles dans de l'acide nitrique concentré. C séparation CHIMIQUE de l' uranium et du plutonium est alors réalisée par des étapes d'extraction par solvant (neptunium - qui peuvent être utilisés pour la production de Pu-238 pour thermo-électriques générateurs d'engins spatiaux - peuvent également être récupérés si nécessaire). Le Pu et le U peuvent être renvoyés à l'entrée du cycle du combustible - l'uranium vers l'usine de conversion avant le réenrichissement et le plutonium directement dans la fabrication du combustible MOX.

Bloc de texte un résumé cohérent: Des solvants chimiques sont utilisés.$\to$

Plus loin, le WNA note

Le combustible usé est haché et dissous dans de l'acide nitrique concentré chaud. La première étape sépare l'uranium et le plutonium dans le courant d'acide nitrique aqueux des produits de fission et des actinides mineurs par un procédé d'extraction à solvant à contre-courant, en utilisant du tributylphosphate dissous dans du kérosène ou du dodécane. Dans une colonne puisée, l'uranium et le plutonium entrent dans la phase organique tandis que les produits de fission et autres éléments restent dans le raffinat aqueux.

Dans une deuxième colonne puisée, l'uranium est séparé du plutonium par réduction avec un excès d'U4 + ajouté au courant aqueux. Le plutonium est ensuite transféré dans la phase aqueuse tandis que le mélange d'U4 + et U6 + reste dans la phase organique. Il est ensuite éliminé du solvant organique avec de l'acide nitrique dilué.

Le nitrate de plutonium est concentré par évaporation puis soumis à un processus de précipitation à l'oxalate suivi d'une calcination pour produire du PuO2 sous forme de poudre. Le nitrate d'uranium est concentré par évaporation et calciné pour produire de l'UO3 sous forme de poudre. Il est ensuite converti en UO2 par réduction en hydrogène.

Composés importants: le tributylphosphate, le kérosène et le dodécane, et l'affinate aqueux sont utilisés comme solvants après l'acide nitrique. Ensuite, il y a une réaction avec , et l'uranium et le plutonium sont séparés.$U^{4+}$

C'est la partie chimique. Je n'ai pas pu trouver beaucoup d'informations sur les méthodes mécaniques spécifiques (c'est-à-dire l'ingénierie pure que vous recherchiez). En fait, le brevet original de PUREX ne couvre pas les processus mécaniques, ce qui m'amène à croire que la configuration exacte peut varier.

Ce pdf est quelque peu utile. Il indique que les matériaux d'entrée sont d'abord coupés. Des paniers perforés sont ensuite utilisés pour séparer ces machines du reste de la solution; un "dissolveur de roue" peut être utilisé.

J'ai quelques informations, mais pour une méthode non PUREX. Pour le retraitement aqueux (voir page 12), les décanteurs mélangeurs (chambres de mélange avec chambres de décantation), les colonnes et les centrifugeuses sont les principaux équipements.