Концептуальные возможности пироэлектрохимической технологии вовлечения тория в топливный цикл реакторов на быстрых нейтронах

15.11.2018 2018 - №04 Топливный цикл и радиоактивные отходы

В.С. Наумов

https://doi.org/10.26583/npe.2018.4.04

Применение тория в сочетании с плутонием решает в атомной энергетике проблему снижения накопления долгоживущих трансплутониевых нуклидов. Наряду с этим существующий урановый топливный цикл (UТЦ) имеет такой недостаток, как низкая защищенность от несанкционированного использования ядерных материалов. Ториевый топливный цикл (ТhТЦ) не имеет этих недостатков.

Вовлечение тория в ядерную энергетику возможно при создании соответствующего процесса переработки облученного тория. Топливный цикл на основе оксида тория принципиально может не отличаться от разработанного пирохимического топливного цикла, содержащего оксиды урана и плутония. В компактном состоянии оксид тория чаще всего и получают электролизом расплавленных солей из содержащих торий электролитов. Основные исследования физико-химического и электрохимического поведения тория в расплавах галогенидов щелочных и щелочно-земельных металлов были выполнены в работах 60-х – 70-х годов прошлого столетия.

Поскольку к настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал для обоснования использования пироэлектрохимических и химических процессов регенерации топлива в солевых расплавах, то для оксидного ториевого топлива также предложено использовать процессы переработки топлива в расплаве хлоридов щелочных металлов с получением кристаллического продукта, пригодного для изготовления твэлов. Поведение тория в расплавленных солевых средах в отличие от урана и плутония более простое. В солевых расплавах торий существует преимущественно в форме Th4+, и смесь диоксидов урана и тория с содержанием ThO2 до 50 % может быть получена электролизом расплава солей.

Таким образом, объем сведений по химии тория позволяет высоко оценить концептуальную перспективность применения пирохимических процессов в получении оксида тория, а имеющиеся данные о физико-химических свойствах тория и его соединений в высокотемпературных солевых расплавах свидетельствуют о потенциальной возможности реализации пироэлектрохимической технологии в получении и переработке ториевого топлива

Ссылки

1. Мурогов В.М., Троянов М.Ф., Шмелев А.Н. Использование тория в ядерных реакторах. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 96 с.
2. Kang J. and von Hippel F.N. U-232 and the Proliferation Resistance of U-233 in Spent Fuel. // Science and Global Security. – 2001. – Vol. 9. – PP. 1-32.
3. Алексеев П.Н., Глушков Е.С., Морозов А.Г., Пономарев-Степной Н.Н., Субботин С.А.,Цуриков Д.Ф. Концепция возможного вовлечения тория в ядерно-энергетический сектор. // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – 1999. – № 1. – С. 10-18.
4. Chang Y.I. The Integral Fast Reactor. // Nucl. Technol. – 1989. – Vol. 88. – No.129. – PP.161-170.
5. Skiba O.V., Savochkin Yu.P., Bychkov A.V., Porodonov P.T., Babikov L.G. and Vavilov S.K. Technology of Pyroelectrochemical Reprocessing and Production of Nuclear Fuel. / Proc. Int. Conf. on Future Nuclear Systems: Emerging Fuel Cycles & Waste Disposal Options (GLOBAL’93), Sept.12-17, 1993. Seattle, Washington. – 1993. – Vol. 2. – PP. 1344-1349.
6. Inoue T. and Tanaka H. Recycling of Actinides Produced in LWR and FBR Fuel Cycles by Applying Pyrometallurgical Process. / Int. Conf. on Future Nuclear Systems (GLOBAL’97), Oct. 5-10, 1997, Yokohama, Japan. – 1997. – Vol. 1. – PP. 646-650.
7. Смирнов М.В., Юдина Л.Д. Равновесные потенциалы металлов в расплавленных электролитах. Ч. 1. Равновесные потенциалы тория в хлоридных расплавах. // Изв. АН СССР, Отд. хим. наук. – 1959. – № 2. – С. 251-258.
8. Смирнов М.В., Кудяков В.Я., Чукреев Н.Я., Посохин Ю.В., Краснов Ю.Н. Электрохимическое поведение тория в хлориде натрия и эквимольной смеси хлоридов натрия и калия. // Атомная энергия. – 1970. – Т. 27. – № 4. – С. 419.
9. Смирнов М.В., Кудяков В.Я., Посохин Ю.В., Шишкин В.Ю. Исследование физико-химического и электрохимического поведения тория в расплавах галогенидов щелочных металлов. // Радиохимия. – 1976. – Т. 18. – № 4. – С. 639-647.
10. Кудяков В.Я., Смирнов М.В., Чукреев Н.Я., Посохин Ю.В. Образование двухвалентного тория в среде расплавленного хлористого калия. // Атомная энергия. – 1968. – Т. 24. – № 4. – С. 448-452.
11. Кудяков В.Я., Смирнов М.В., Посохин Ю.В., Краснов Ю.Н. Равновесие металлического тория с расплавами хлоридов щелочных металлов, содержащих его ионы. // Труды Института электрохимии УНЦ АН СССР, Свердловск. – 1972. – Вып. 18. – С. 27-32.
12. Емельянов В.С., Евстюхин А.И. Исследование систем расплавленных солей на основе фторида тория. Сообщение 1. // Атомная энергия. – 1956. – Т. 1. – № 4. – С. 107-112.
13. Емельянов В.С., Евстюхин А.И. Исследование систем расплавленных солей на основе фторида тория. Сообщение 2. // Атомная энергия. – 1956. – Т. 1. – № 5. – С. 80-85.
14. Вохмяков А.Н., Десятник В.Н., Курбатов Н.Н. Взаимодействие тетрахлорида тория с хлоридами щелочных металлов. // Атомная энергия. – 1973. – Т. 35. – № 6. – С. 424-426.
15. Смирнов М.В., Кудяков В.Я., Салюлев А.Б. Летучесть тетрахлоридов урана и тория из их расплавленных смесей с хлоридами щелочных металлов. / II Всесоюзная конференция по химии урана (16-18 октября 1978 г., Москва). Тезисы доклов. – М.: Наука, 1978. – С. 93-94.
16. Chiotti P., Jha M.C., Tschetter M.J. Reation of Thorium and ThCl4 with UO2 and (Th, U)O2 in Fused Chloride Salts. // J. Less-Common Metals. – 1975. – Vol. 42. – PP. 141-161.
17. Воронов Н.М., Софронова Р.М., Войтехова Е.А. Высокотемпературная химия окислов урана и их соединений. – М.: Атомиздат, 1971. – 360 с.
18. Барабошкин А.Н. Электрокристаллизация металлов из расплавленных солей. – М.: Наука, 1976. – 279 с.
19. Барабошкин А.Н., Пузаков В.В., Мартемьянова З.С. Структура осадков двуокиси урана, полученных электролизом расплавленной смеси хлоридов калия, лития и уранила. // Труды Института электрохимии УНЦ АН СССР, Свердловск. – 1971. – Вып. 17. – С. 108-117.
20. Котельников Р.Б., Башлыков С.Н., Каштанов А.И., Меньшикова Т.С. Высокотемпературное ядерное топливо. – М.: Атомиздат, 1978. – 432 с.

торий топливо оксидное ториевый топливный цикл варианты пироэлектрохимические процессы электрохимическое поведение тория переработка топлива

Ссылка для цитирования статьи: Наумов В.С. Концептуальные возможности пироэлектрохимической технологии вовлечения тория в топливный цикл реакторов на быстрых нейтронах. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 4. – С. 43-52. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.4.04 .