Том 65, № 3 (2023)

Представлен обзор основных результатов НИОКР 2020-2021 гг. по созданию технологии и изготовлению на ГХК таблетированного РЕМИКС-топлива для реакторных установок ВВЭР-1000. Описаны разработанная аппаратурно-технологическая схема процесса изготовления таблеток, результаты внедрения технологии смешивания и гранулирования порошков с использованием шаровой вибромельницы и подбора режимов работы установки. Обобщены физико-химические характеристики изготовленных таблеток РЕМИКС-топлива.

Разработана математическая модель экстракционного разделения лютеция и иттербия. С использованием экстракционной системы на основе моно-2-этилгексилового эфира 2-этилгексилфосфоновой кислоты в Isopar M проведены оптимизационные расчеты двух экстракционных схем отделения лютеция от иттербия с подвижной легкой (экстракционная смесь) и тяжелой (азотная кислота) фазой. Выбрана схема с подвижной легкой фазой, позволяющая сконцентрировать лютеций в 3-5 раз на стадии реэкстракции и сократить конечный объем выделенной фракции лютеция. Предложена схема отделения лютеция от иттербия экстракционной системой 10 % P507 в Isopar M-2 моль/л HNO₃ на центробежных экстракторах МЦЭ-45-12П, оснащенных полупротивоточными (67 шт.) и противоточными (5 шт.) экстракционными ступенями. Проведена верификация математической модели с помощью динамических испытаниях схемы полупротивоточно-противоточной экстракции на модельных растворах с имитацией миллиграммовой (500 мг Yb) и декаграммовой (20 г Yb) облученной иттербиевой мишени. На динамических испытаниях с мишенью массой 500 мг показана возможность отделения лютеция от иттербия с очисткой от Yb в 25 раз за 5 ч. При этом математическая модель продемонстрировала высокую сходимость выходящих хроматограмм с динамическими испытаниями. В ходе динамических испытаний на иттербиевой мишени массой 20 г подтверждена возможность очистки лютеция от иттербия не менее чем в 20 раз за 18.5 ч работы с выходом по ¹⁷⁷Lu (с учетом распада) до 82%. При этом математическая модель дает худший прогноз по разделению, чем в случае динамических испытаний. Для корректировки модели требуется исследовать влияние высоких концентраций иттербия на экстракцию лютеция и уточнить математическое описание распределения компонентов в области высоких насыщений экстракта металлами.

Исследовано влияние интенсивного альфа-излучения ²³⁸Pu (содержание в стекле до 4.0 мас%) на свойства боросиликатного стекла (БСС) опытно-демонстрационного центра горно-химического комбината по переработке ОЯТ (ОДЦ ГХК). Характеристики БСС исследовали сразу после получения образцов и по мере набора дозы за счет альфа-распадов в единице объема образца (α/см³). Однородность распределения ²³⁸Pu в образцах подтверждали методами авторадиографии и разрушающего химического анализа с α-спектрометрическим окончанием. Плотность образцов БСС находилась в диапазоне 2.71-2.72 г/см³ в зависимости от содержания плутония и не менялась со временем. Скорость выщелачивания ²³⁸Pu на 28-е сутки при 90°С у двух параллельных образцов стекла с кумулятивной дозой 1.70 × 10¹⁸ α/см³ составляла 5.0 × 10^-7 г/(см²·сут), что соответствует величинам, регламентированным требованиям НП-019-15. Аморфная структура образца сохранилась при дозовой нагрузке 3.2 × 10¹⁸ α/см³ стекла, плотность его не претерпела изменений, поверхность обладает стеклянным блеском. Дефекты в виде трещин, сколов и помутнений на ней отсутствуют.

Проанализированы опубликованные данные об устойчивости ²³⁹Pu(VI, V, IV) в аэрированных растворах с рН > 1 вплоть до рН 14 при длительном хранении. Под действием продуктов α-радиолиза воды, в основном Н₂О₂, плутоний переходит на 80-85% в гидроксид Pu(IV). Н₂О₂ частично окисляет Pu(IV), что -приводит к стационарной концентрации Pu(V), а в растворе 0.1 моль/л NO₃ - к стационарной концентрации Pu(VI). В дезаэрированных растворах 0.1 моль/л NaCl, cодержащих 0.1-0.4 ммоль/л ²⁴²Pu(VI), убыль Pu(VI) при рН 3.48 составляет 8%/сут вместо ожидаемого 0.1%/сут. Это связанно с наличием примесей в растворе. Вероятно, примеси возникают в процессе очистки воды от солей. В растворах с рН 7.30 и 9.56 Pu(VI) устойчив, что противоречит другим публикациям. В растворах 1 ммоль/л ЭДТА (H₄Y) с рН 5.99-9.55 Pu(VI) в комплексе с Y^4- переходит в Pu(V) за 6 сут. Возникающие фрагменты ЭДТА переводят Pu(V) в Pu(IV) полностью в растворе с рН 5.99 за 34 сут, с рН 8.31 - за 110 сут, с рН 8.89 - на 30 % за 110 сут, в растворе с рН 9.55 Pu(IV) не образуется. Pu(III) в растворе ЭДТА после индукционного периода в 110 сут окисляется до Pu(IV) ионами Н⁺ и водой полностью. Механизм окисления включает термическое возбуждение Pu^IIIY^-· m H₂O, образование из возбужденного и невозбужденного иона Pu^IIIY^-· m H₂O димера, распад димера на Н₂, Y^4- и гидратированный PuO₂.

Предложен хроматографический метод разделения макроконцентраций облученных мишеней и микроконцентраций продуктов облучения мишеней c использованием интеркаляторов - ионов цветных металлов, в качестве которых могут выступать ионы Zn²⁺ или Cd²⁺. Принцип действия интеркаляторов основан на изменении селективности ионного обмена ионов разновалентных элементов при введении в элюенты буферных добавок. Интеркаляторы при определенном составе элюента вклиниваются между зонами макрокомпонента и целевого микрокомпонента, обеспечивая его полное выделение и высокую чистоту. Обобщается и анализируется практическое применение данного метода при выделении ¹⁵³Gd из облученных европиевых мишеней, ¹⁶³Ho из облученных мишеней эрбия, ²⁴⁹Bk, ²⁴⁹Cf из облученных мишеней ²⁴⁴Cm. Разделение и выделение указанных радионуклидов проводили с помощью элюентов на основе этилендиаминтетра- и диэтилентриаминпентаацетата с добавками лимонной кислоты.

Получены меченные тритием аминосодержащие производные краун-эфира (КЭ) 18-краун-6, которые были использованы для определения возможности ковалентной модификации поверхности наноалмазов (НА). Меченные тритием КЭ закреплялись на поверхности НА путем создания амидной связи между аминогруппами эфиров и карбоксильными группами поверхности. Определены степень модификации поверхности НА и изменение физико-химических параметров: удельной площади поверхности, размеров агрегатов и ζ-потенциала в воде, рН суспензий.