بيوركس

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
أُجريت تجربة إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك باستخدام طريقة بيوركس، التي طُوّرت لأول مرة في أربعينيات القرن العشرين لإنتاج البلوتونيوم اللازم للأسلحة النووية، [ 1 ] وتمّ تطبيقها تجاريًا في بلجيكا لإعادة تزويد مفاعل الماء الخفيف جزئيًا بالوقود في ستينيات القرن العشرين. [ 2 ] ولا تزال هذه العملية الكيميائية المائية تُستخدم تجاريًا لفصل البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات (RGPu) لإعادة استخدامه كوقود MOX. إلا أنها لا تزال مثيرة للجدل، نظرًا لإمكانية استخدام البلوتونيوم في صنع أسلحة نووية. [ 3 ] [ 4 ]
تُعدّ المعالجة الحرارية الطريقة البديلة الأكثر تطورًا، وإن لم تُطبّق تجاريًا بعد، لإعادة معالجة الوقود النووي المستهلك ، [ 5 ] وقد اقتُرحت كجزء من المفاعل السريع المتكامل ذي الوقود المعدني (IFR) الموضح في الشكل، وهو مفهوم لمفاعل الصوديوم السريع من تسعينيات القرن الماضي. بعد إذابة الوقود المستهلك في الملح المنصهر، تُستخلص جميع الأكتينيدات القابلة لإعادة التدوير ، والتي تتكون في معظمها من البلوتونيوم واليورانيوم مع وجود مكونات ثانوية مهمة، باستخدام التكرير/ الاستخلاص الكهربائي . يحافظ المزيج الناتج على البلوتونيوم في جميع الأوقات في صورة أكتينيدية غير منفصلة تُصدر أشعة غاما وألفا، وهو ما يوفر أيضًا حماية ذاتية جزئية في حالات السرقة. [ 6 ]

بيوركس ( PUREX ) هي طريقة كيميائية تُستخدم لتنقية الوقود المستخدم في المفاعلات النووية أو الأسلحة النووية . [ 7 ] وتعتمد هذه الطريقة على الاستخلاص السائل-السائل والتبادل الأيوني . [ 8 ] تُعد بيوركس الطريقة القياسية الفعلية لإعادة معالجة الوقود النووي المائي لاستخلاص اليورانيوم والبلوتونيوم من الوقود النووي المستهلك ( الوقود النووي المنضب أو الوقود النووي المشع ). كما أنها العملية القياسية المستخدمة في العمليات الصناعية واسعة النطاق. [ 9 ]

يتم تطبيق PUREX على الوقود النووي المستهلك ، والذي يتكون أساسًا من عناصر ذات وزن ذري عالٍ جدًا ( أكتينويد أو "أكتينيد") (مثل اليورانيوم والبلوتونيوم والأمريكيوم ) إلى جانب كميات أصغر من المواد المكونة من ذرات أخف، ولا سيما منتجات الانشطار الناتجة عن تشغيل المفاعل.

مخطط انسيابي مبسط لاستخراج البلوتونيوم.

تتكون العناصر الأكتينويدية في هذه الحالة بشكل أساسي من البقايا غير المستهلكة للوقود الأصلي (عادة U-235 و U-238 و/أو Pu-239 ).

عملية كيميائية

بنية مركب نترات اليورانيل الذي يتم استخلاصه في PUREX. [ 10 ]

يتم أولاً إذابة الوقود في حمض النيتريك بتركيز حوالي 7 مولار . تتم إزالة المواد الصلبة عن طريق الترشيح لتجنب تكوين المستحلبات ، والتي يشار إليها باسم الأطوار الثالثة في مجتمع استخلاص المذيبات.

يتكون المذيب العضوي من 30% من فوسفات ثلاثي البوتيل (TBP) في هيدروكربون مثل الكيروسين . تُستخلص أيونات اليورانيل (VI) UO₂²⁺² في الطور العضوي على هيئة معقدات UO₂ (NO₃ ) ₂ · 2TBP؛ ويُستخلص البلوتونيوم على هيئة معقدات مماثلة. أما الأكتينيدات الأثقل، وخاصة الأمريسيوم والكوريوم ، ونواتج الانشطار، فتبقى في الطور المائي. وقد تم تحديد طبيعة معقدات نترات اليورانيل مع فوسفات ثلاثي الألكيل. [ 11 ]

يُفصل البلوتونيوم عن اليورانيوم بمعالجة محلول الكيروسين مع ثلاثي بوتيل الفوسفات بعوامل اختزال لتحويل البلوتونيوم إلى حالة الأكسدة +3، والتي ستنتقل إلى الطور المائي. تشمل عوامل الاختزال الشائعة ثنائي إيثيل هيدروكسيل أمين ، وكبريتات الحديدوز ، والهيدرازين . ثم يُستخلص اليورانيوم من محلول الكيروسين عن طريق الاستخلاص العكسي في حمض النيتريك بتركيز حوالي 0.2 مولار. [ 12 ]

رافينات بيوركس

يُشير مصطلح " مُخلّفات بيوركس" إلى خليط المعادن في حمض النيتريك الذي يتبقى بعد إزالة اليورانيوم والبلوتونيوم بواسطة عملية بيوركس من محلول إذابة الوقود النووي . ويُعرف هذا الخليط عادةً باسم النفايات النووية عالية الإشعاع .

يوجد نوعان من نواتج رافينات PUREX. النوع الأكثر نشاطًا، الناتج عن الدورة الأولى، هو الأكثر شيوعًا باسم رافينات PUREX. أما النوع الآخر فهو ناتج عن الدورة متوسطة النشاط، حيث يُكرر اليورانيوم والبلوتونيوم باستخلاص ثانٍ باستخدام فوسفات ثلاثي البوتيل .

اللون الأزرق الداكن هو الأيونات الرئيسية، والأزرق الفاتح هو نواتج الانشطار (المجموعة الأولى هي Rb/Cs؛ المجموعة الثانية هي Sr/Ba؛ المجموعة الثالثة هي Y واللانثانيدات ) ، والبرتقالي هو نواتج التآكل (من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ)، والأخضر هو الأكتينيدات الرئيسية، والبنفسجي هو الأكتينيدات الثانوية ، والأرجواني هو السم النيوتروني .

يُخزَّن حاليًا مُرَكَّب PUREX المُخَفَّف في خزانات من الفولاذ المقاوم للصدأ قبل تحويله إلى زجاج . يُعد مُرَكَّب PUREX المُخَفَّف في الدورة الأولى شديد الإشعاع ، إذ يحتوي على جميع نواتج الانشطار تقريبًا ، ونواتج التآكل مثل الحديد والنيكل ، وآثار من اليورانيوم والبلوتونيوم، بالإضافة إلى الأكتينيدات الثانوية .

تلوث

تشمل نفايات عملية PUREX التجارية رافينات مائية حمضية ذات مستويات عالية من المواد المشعة (HLLW)، بالإضافة إلى كميات كبيرة من تيارات النفايات ذات المستويات المنخفضة من الإشعاع والمذيبات العضوية المتحللة. [ 13 ] كان مصنع PUREX في موقع هانفورد مسؤولاً عن إنتاج "كميات كبيرة من النفايات السائلة"، مما أدى إلى تلوث المياه الجوفية بالإشعاع. [ 14 ]

أشارت قياسات منظمة غرينبيس في لاهاي وسيلافيلد إلى انبعاث ملوثات مشعة بشكل مستمر في البحر والهواء. ونتيجة لذلك، يتعرض السكان القاطنون بالقرب من هذه المصانع لمستويات إشعاع أعلى من الإشعاع الطبيعي الموجود في الخلفية الإشعاعية . ووفقًا لمنظمة غرينبيس ، فإن هذا الإشعاع الإضافي ضئيل ولكنه ليس مهملاً. [ 15 ]

تاريخ

ابتكر هربرت هـ. أندرسون ولارنيد ب. أسبري عملية بيوركس في مختبر المعادن بجامعة شيكاغو ، كجزء من مشروع مانهاتن تحت إشراف جلين ت. سيبورغ ؛ ويشير براءة اختراعهما "عملية استخلاص المذيبات للبلوتونيوم" التي تم تقديمها في عام 1947، [ 16 ] إلى فوسفات ثلاثي البوتيل باعتباره المتفاعل الرئيسي الذي يحقق الجزء الأكبر من الاستخلاص الكيميائي. [ 17 ]

قائمة مواقع إعادة معالجة الوقود النووي

انظر أيضاً

المراجع والملاحظات

  1. ↑ غرينوود، الصفحات 1255، 1261
  2. ↑ "محطات إعادة المعالجة، على مستوى العالم" . الجمعية النووية الأوروبية . مؤرشف من الأصل في 22 يونيو 2015. تم الاطلاع عليه في 29 يوليو 2008 .
  3. ↑ تقييم خصائص مقاومة الانتشار لوقود مفاعلات الماء الخفيف ذي إمكانية إعادة التدوير في الولايات المتحدة
  4. ↑ هل إعادة المعالجة الأمريكية تستحق المخاطرة؟، ستيف فيتر وفرانك ن. فون هيبل، مجلة التحكم في التسلح اليوم، 1 سبتمبر 2005.
  5. ↑ إل سي والترز (18 سبتمبر 1998). "ثلاثون عامًا من معلومات الوقود والمواد من مفاعل EBR-II" . مجلة المواد النووية . 270 (1): 39-48 . Bibcode : 1999JNuM..270...39W . doi : 10.1016/S0022-3115(98)00760-0 .
  6. ↑لا يوجد شيء متطابق بين PUREX و PYRO، هانوم، مارش، ستانفورد.
  7. ↑ غريغوري تشوبين؛ يان-أولوف ليليينزين ؛ يان ريدبيرغ (2002). الكيمياء الإشعاعية والكيمياء النووية، الطبعة الثالثة . ص 610. ISBN  978-0-7506-7463-8.
  8. ↑ بايفا، أ.ب.؛ مالك، ب. (2004). "التطورات الحديثة في كيمياء استخلاص المذيبات المطبقة على إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك والنفايات المشعة". مجلة الكيمياء الإشعاعية والنووية . 261 (2): 485-496 . Bibcode : 2004JRNC..261..485P . doi : 10.1023/B:JRNC.0000034890.23325.b5 . S2CID 94173845 . 
  9. ↑ غولدينبيرغ، خوسيه (2009). التفاعلات: الطاقة / البيئة . أكسفورد: منشورات EOLSS. ص 227. ISBN  978-1-84826-540-0.
  10. ↑ بيرنز، جيه إتش؛ براون، جي إم؛ رايان، آر آر (1985). "بنية ثنائي نترات ثنائي أوكسو ثنائي (فوسفات ثلاثي إيزوبوتيل) اليورانيوم (VI) عند 139 كلفن". مجلة أكتا كريستالوغرافيكا، القسم ج: اتصالات بنية البلورات . 41 (10): 1446-1448 . رمز Bibcode : 1985AcCrC..41.1446B . doi : 10.1107/S0108270185008125 .
  11. ↑ جيه إتش بيرنز (1983). "مركبات استخلاص المذيبات لأيون اليورانيل. 2. البنية البلورية والجزيئية لـ catena-bis(μ-di-n-butyl phosphato-O,O')dioxouranium(VI) و bis(μ-di-n-butyl phosphato-O,O')bis[(nitrato)(tri-n-butylphosphine oxide)dioxouranium(VI)]". الكيمياء اللاعضوية . 22 (8): 1174–1178 . doi : 10.1021/ic00150a006 .
  12. ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. ص 1261. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN   978-0-08-037941-8.
  13. ↑ تايلور، روبن (2015). إعادة معالجة وإعادة تدوير الوقود النووي المستهلك . دار وودهيد للنشر. ص 17. ISBN  978-1-78242-212-9.
  14. ↑ جيربر، م.س. (فبراير 2001). "تاريخ إنتاج الدفاع في موقع هانفورد (موجز)" (ملف PDF) . فلور هانفورد / وزارة الطاقة الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 أكتوبر 2009 .
  15. ↑ "غرينبيس حول لاهاي (النسخة الألمانية)" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-04-2016 .
  16. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 2924506 ، أندرسون، هربرت هـ. وأسبري، لارنيد ب.، "عملية استخلاص البلوتونيوم بالمذيبات"، صدرت في 9 فبراير 1960 
  17. ↑ بي. غاري إيلر؛ بوب بينمان وبوب رايان (2005). "وفاة رائد كيمياء الأكتينيدات لارنيد أسبري" (ملف PDF) . مجلة أبحاث الأكتينيدات الفصلية . مختبر لوس ألاموس الوطني. الصفحات 13-17 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 1 فبراير 2014. 

للمزيد من القراءة

  • وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية، اقتصاديات دورة الوقود النووي، باريس، 1994
  • I. Hensing and W Schultz, Economic Comparison of Nuclear Fuel Cycle Options, Energiewirtschaftlichen Instituts, Cologne, 1995.
  • Cogema، إعادة المعالجة وإعادة التدوير: المخاطر الصناعية، عرض تقديمي لمؤسسة كونراد أديناور، بون، 9 مايو 1995.
  • وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية، وقود البلوتونيوم: تقييم، باريس، 1989.
  • المجلس الوطني للبحوث، "النفايات النووية: تقنيات الفصل والتحويل"، مطبعة الأكاديمية الوطنية، واشنطن العاصمة 1996.