核燃料再処理はどのように機能しますか？

私の知る限り、枯渇した燃料電池は粉砕され、硝酸に溶解されます。

その後何が来るのですか？この硝酸はおそらく非常に広い範囲のさまざまな塩（実際には、35から65の間のすべての元素、さらに多くのトランスウラン、および多くのウラン（235と238の両方）、およびプルトニウム）を含む必要があります。

効率的な再処理を行うには、ウラン（または、少なくともアクチノイド元素）をこのソリューションから何らかの方法で分離する必要があります。しかし、私の知る限り、それらは非常に異なる化学的性質を持っています。超ウラン物質のみを分離することはどのように可能ですか？

核分裂生成物抽出

他の核分裂生成物からのプルチウムとウランの分離は、液液抽出による有機分子リン酸トリブチルで行われます。有機相と水相の2つの相があります。核分裂生成物は水相で溶解し、ウラン/プルトニウムはリン酸トリブチルにより有機相で溶解します。

ウラン/プルトニウム分離

ウランをプルトニウムから分離するには、プルトニウムを硝酸ウランで還元する必要があります。繰り返しますが、2つのストリームがあります。1つは前のウラン/プルトニウムのストリームで、もう1つは硝酸ウラン（U4 +）の水性ストリームです。プルトニウムは還元され、水溶液に溶解します。

前述の化学プロセスを実現するために、液液抽出では次の設計を使用できます。

ミキサーセトラー

（ソース）

パルスカラム

（ソース）

原則は常にです：有機相は水相よりも軽いです。両方の相は、まず混合されてから分離され、次に再び分離されます。混合中に化学反応が発生します。

詳細については、前述のソースを参照してください。

ウィキペディアを試すこともできますが、その記事は品質基準を満たしていない可能性があるため、ソースとしてここから離れるつもりです。世界原子力協会は、とにかく、より信頼できると思われます。彼らのページでは、プロセスについて説明しています。「今日の再処理– PUREX」というタイトルのセクションを引用すると（私の強調）：

すべての商用再処理プラントは、実績のある湿式冶金PUREX（プルトニウムウラン抽出）プロセスを使用しています。これには、燃料要素を濃硝酸に溶解することが含まれます。C ウランとプルトニウムのhemical分離後、溶媒抽出工程（ -宇宙船用熱電発電機のためのPu-238を製造するために使用されてもよい-必要な場合も回収することができるネプツニウム）によって行われます。PuとUは燃料サイクルの入力側に戻すことができます。ウランは再濃縮前に変換プラントに、プルトニウムは直接MOX燃料製造に使用できます。

一貫した要約のテキストのブロック：化学溶剤が使用されています。$\to$

さらに以下では、WNAのメモ

使用済み燃料は細かく砕かれ、高温の濃硝酸に溶解されます。最初の段階では、灯油またはドデカンに溶解したリン酸トリブチルを使用して、向流溶媒抽出プロセスにより、硝酸水溶液ストリームのウランとプルトニウムを核分裂生成物とマイナーアクチニドから分離します。パルスカラムでは、ウランとプルトニウムが有機相に入り、核分裂生成物と他の元素が水性ラフィネートに残ります。

2番目のパルスカラムでは、水流に過剰のU4 +を加えて還元することにより、ウランをプルトニウムから分離します。次に、プルトニウムが水相に移動し、U4 +とU6 +の混合物が有機相に残ります。次に、希硝酸で有機溶媒から取り除きます。

硝酸プルトニウムは蒸発により濃縮され、次にシュウ酸塩沈殿プロセスにかけられ、その後焼成されて粉末状のPuO2を生成します。硝酸ウランは蒸発により濃縮され、か焼されて粉末状のUO3を生成します。その後、水素の還元によりUO2製品に変換されます。

重要な化合物：リン酸トリブチル、灯油、ドデカン、および水性アフィネートは、硝酸の後に溶媒として使用されます。するとと反応してウランとプルトニウムが分離されます。$U^{4+}$

それが化学的部分です。特定の機械的方法（つまり、探していた純粋なエンジニアリング）に関する情報を見つけることができませんでした。実際、PUREX の元の特許は機械的プロセスを対象としていないため、正確な設定は異なる可能性があると私は思います。

このpdfは多少役立ちます。それは、入力材料が最初に切り刻まれていると言います。次に、穴あきバスケットを使用して、この機械を残りのソリューションから分離します。「ホイールディゾルバー」を使用することができる。

PUREX以外の方法ではありますが、いくつか情報があります。水性再処理（12ページを参照）の場合、ミキサーセトラー（混合チャンバーと沈降チャンバー）、カラム、遠心分離機が主な機器です。