Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов

Диссертационная работа:

Ишунин Владимир Станиславович. Экспериментальное обоснование процесса восстановления облученного оксидного уранового топлива металлическим литием в расплаве хлористого лития : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.02 / Ишунин Владимир Станиславович; [Место защиты: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева].- Москва, 2010.- 109 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2631

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы

Ядерная энергетика России в начале XXI века находится на стадии серьезных стратегических реформ. Закон «О реформе атомной энергетики» принят Государственной Думой 19 января 2007 года и одобрен Советом Федерации 24 января 2007 года. Цель Федерального закона состоит в создании условий для повышения конкурентоспособности отечественных организаций атомного энергопромышленного комплекса Российской Федерации на международном рынке, усиления их инвестиционной привлекательности.

Выбор перспективных технологий замкнутого топливного цикла (ЗТЦ) и их оценка - сложная и ответственная проблема. Технологии ЗТЦ весьма капиталоемкие, рассчитанные на длительную перспективу, и цена ошибки при выборе весьма высока.

Пирохимические технологии обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) рассматриваются как перспективные. Существует ряд пирохимических процессов, прошедших цикл исследований до демонстрации переработки ОЯТ в полупромышленном масштабе:

«Аргонская» схема переработки, развиваемая Аргонской национальной лабораторией (ANL) в США для металлического топлива быстрого реактора;

Электрохимический процесс, разрабатываемый НИИАР для оксидного топлива быстрых реакторов;

Фторидно-газовый процесс для топлива тепловых реакторов, изучавшийся во Франции, Чехии, в России (СССР), - НПО «Курчатовский институт», НИИАР и др.

Данная работа посвящена изучению еще одного пирохимического процесса - восстановления ОЯТ до металла литием в расплаве солей. Этот процесс может найти применение для кондиционирования ОЯТ при его хранении, для восстановления ОЯТ до металла, как переход к технологиям

металлического топлива, для разделения компонентов ОЯТ с целью трансмутации и эффективного обращения с радиоактивными отходами.

По предварительным экспертным оценкам процесс удовлетворяет требованиям не разделения актинидов и не позволяет получать делящиеся материалы «оружейного» качества. Процесс кондиционирования ОЯТ восстановлением его до металла в расплаве солей уменьшает объем хранимого материала вдвое за счет увеличения плотности при переводе оксидов в металл, можно ожидать существенного снижения его активности и тепловыделения за счет отделения 137Cs и 90Sr. В результате такой переработки, можно существенно увеличить эффективность хранилищ в период накопления топлива перед его переработкой при переходе к ЗТЦ.

Однако все эти достаточно перспективные показатели процесса были получены либо как расчетные оценки, либо как результаты экспериментов на имитаторах отработавшего топлива (обзору ранее проведенных исследований посвящена первая глава работы). Эти обнадеживающие результаты требуют подтверждения в экспериментах с использованием достаточно больших количеств реальных материалов, на оборудовании близком к промышленным аппаратам, а не к лабораторным приборам.

Острая потребность в надежных данных о параметрах перспективных процессов обращения с ОЯТ на этапе разработки технологий замкнутого топливного цикла позволяет говорить об актуальности темы диссертационной работы.

Степень изученности проблемы

Процесс восстановления ОЯТ до металла литием активно изучается во многих странах, развивающих ядерную энергетику: США, Японии, Корее, странах Евросоюза. Проведены теоретические проработки, лабораторные исследования, эксперименты с имитаторами, опубликованы предварительные технико-экономические оценки. Исследования вплотную подошли к стадии укрупненных экспериментов с ОЯТ энергетических реакторов. Более детально

результаты разработки данного процесса проанализированы в первой главе диссертационной работы.

Цель работы и задачи исследования

Целью работы является укрупненная экспериментальная проверка процесса восстановления ОЯТ энергетических реакторов до металла литием в расплаве хлорида лития с точки зрения его применимости в технологиях обращения с ОЯТ в ЗТЦ.

Проведение экспериментов с килограммовыми количествами ОЯТ энергетического реактора требует сложной экспериментальной базы и большого опыта в планировании и организации таких работ. Уникальная экспериментальная база НИИАР и многолетний опыт в области пирохимических технологий замкнутого топливного цикла позволили поставить следующие задачи исследования:

  1. Проанализировать ранее проведенные исследования процесса восстановления ОЯТ литием в расплаве хлорида лития, разработать технологическую схему и оборудование для экспериментов по восстановлению килограммовых количеств ОЯТ энергетического реактора ВВЭР-1000;

  2. Проверить работоспособности технологической системы с использованием имитатора ОЯТ и провести предварительную оптимизацию параметров процесса;

  3. Провести серию экспериментов по восстановлению до металла литием отработавшего топлива реактора ВВЭР-1000 с разовыми загрузками в несколько килограммов;

  4. Оценить применимость данных, полученных на имитаторах ОЯТ, для технологических оценок процесса обращения с ОЯТ энергетического реактора;

  5. Получить данные о поведении актинидов и некоторых продуктов деления в изучаемом процессе.

4 Объект и предмет исследования

Объектом исследования в диссертационной работе являлись технологии обращения с ОЯТ тепловых энергетических реакторов. Предмет исследования -процесс восстановления ОЯТ литием в расплаве хлорида лития.

Методы исследования

Важной частью методологической базы диссертации стали труды отечественных и зарубежных ученых по проблемам химии, химической технологии, технологии ядерного топлива. Анализ уже полученных термодинамических данных и расчеты термодинамики реакций проводили с использованием программных продуктов GTS Technology Hmb. Масштабный переход при проектировании оборудования основывался на методологии системного анализ химико-технологической системы и математическом моделировании процессов.

Методические принципы безопасности при проектировании технологической системы выработаны на основании большого опыта экспериментальных работ в области топливного цикла проведенных в НИИАР.

Методы анализа ОЯТ, разработанные в НИИАР включают комплекс химических, физико-химических и радиометрических методик. Данный комплекс создан на основе опыта проведения экспериментальных исследований в области радиохимии и технологий топливного цикла ядерных реакторов.

Научная новизна

Технологии ЗТЦ весьма капиталоемкие и решение об их применимости требует глубокой научной проработки с целью уменьшения инновационных рисков внедрения. Без результатов экспериментов с килограммовыми количествами ОЯТ энергетического реактора невозможно проведение детального анализа применимости процесса в технологиях замкнутого

топливного цикла. Исследования процесса восстановления ОЯТ литием до сих пор ограничивались концептуальными проработками и экспериментами с имитаторами. Эксперименты по восстановлению килограммовых количеств ОЯТ энергетического реактора литием в расплаве хлорида лития имеют мировую новизну:

разработана технологическая схема и оборудование для экспериментов по восстановлению килограммовых количеств ОЯТ энергетического реактора литием в расплаве хлорида лития;

отработана технологическая процедура восстановления оксидов урана литием. При этом выявлен важный, ранее не упоминавшийся в литературе, фактор - время от помещения оксидов урана в расплав до ввода лития;

показана переносимость выбранной при экспериментах с оксидами урана процедуры на процесс восстановления до металла литием оксидного ОЯТ энергетического реактора;

впервые проведена серия экспериментов по изучению процесса с килограммовыми количествами ОЯТ энергетического реактора ВВЭР-1000;

получены данные по поведению основных компонентов топлива и некоторых продуктов деления в изучаемом процессе.

Практическая значимость работы

Практическая значимость работы определяется тем, что данные, полученные в укрупненных экспериментах с ОЯТ энергетического реактора, могут быть использованы для проведения технико-экономических, экологических оценок использования процесса и применимости его с точки зрения критериев нераспространения ядерных материалов для экспорта на международном рынке. Проведение таких оценок находится на острие развития инновационных процессов и технологий обращения с ОЯТ.

Результаты работы были использованы при создании пилотной установки для восстановления ОЯТ литием (ACPF) в KAERI, Республика Корея.

На защиту выносятся:

оптимизированные технологические параметры процесса восстановления ОЯТ до металла литием и рекомендации по проведению отдельных операций;

экспериментальные результаты проверки способа обращения с ОЯТ энергетического реактора с использованием восстановления оксидного топлива до металла жидким литием в расплаве хлорида лития;

данные по поведению актинидов и некоторых продуктов деления в процессе восстановления ОЯТ до металла литием в расплаве хлорида лития.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертации обсуждались в широком кругу ученых, специалистов, практических работников. В период с 2000 по 2009 гг. автор принимал участие на заседаниях ученых советов, секций, семинаров НИИАР, международных совещаниях, конференциях, в частности, по теме диссертации были сделаны доклады на Российских конференциях по радиохимии 2006 и 2009 гг., Восьмой Российской Конференции по реакторному материаловедению 2007, международных конференциях Global 2001, Global 2003, международной конференции "Атомная энергетика и топливные циклы" 2003, первой международной пирохимической конференции в Айдахо 2006, опубликованы две статьи.

Публикации

По теме диссертации сделано 7 докладов и публикаций в сборниках трудов российских и международных конференций, выпущено 15 научно-

технических отчетов, опубликовано две статьи.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе приведен обзор ранее проведенных исследований процесса. Во второй главе рассмотрен подготовительный этап исследования, включающий создание установки, оборудования, выбор методик пробоотбора и анализа. Третья глава посвящена экспериментальным работам с имитаторами и подготовке оборудования к экспериментам с ОЯТ. В четвертой главе описан ход и приведены результаты экспериментов по восстановлению ОЯТ реактора ВВЭР-1000 литием в расплаве хлорида лития. Объем диссертации составляет 111 страниц, содержит 16 рисунков и 46 таблиц. Список литературы из 74 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net