Η απόσταξη κενού βελτιώνει την αποδοτικότητα ανακύκλωσης διαλυτών πυρηνικών καυσίμων

Στην ανακύκλωση πυρηνικών καυσίμων, οι διαλύτες λειτουργούν ως ακούραστοι "καθαριστές", εργαζόμενοι μέρα με τη μέρα για την εξαγωγή πολύτιμου ουρανίου και πλουτωνίου από το χρησιμοποιημένο καύσιμο. Ωστόσο, αυτά τα μοριακά εργαλεία σταδιακά υποβαθμίζονται υπό παρατεταμένη έκθεση σε έντονη ακτινοβολία και διαβρωτικές χημικές ουσίες, χάνοντας την αποτελεσματικότητά τους και ενδεχομένως δημιουργώντας επιβλαβή υποπροϊόντα που θέτουν σε κίνδυνο τόσο την ασφάλεια όσο και την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας.

Η λύση βρίσκεται στην τεχνολογία αναγέννησης διαλυτών. Στις εγκαταστάσεις ανακύκλωσης πυρηνικών καυσίμων, το σύστημα διαλύτη υδρογονάνθρακα-τριβουτυλοφωσφορικού (TBP) διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο. Με την πάροδο του χρόνου, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ νιτρικού οξέος, νιτρώδους οξέος και υδρογονανθράκων υπό ακτινοβολία παράγουν διάφορα προϊόντα υποβάθμισης που επηρεάζουν την απόδοση εξαγωγής και τη σταθερότητα της διαδικασίας. Η ανάπτυξη αποτελεσματικών μεθόδων αναγέννησης για την απομάκρυνση αυτών των ρύπων έχει καταστεί απαραίτητη για τη διατήρηση της επιχειρησιακής αξιοπιστίας.

Ενώ οι παραδοσιακές μέθοδοι όπως το χημικό πλύσιμο και η προσρόφηση έχουν περιορισμούς στην αποτελεσματικότητα και την παραγωγή αποβλήτων, η απόσταξη υπό κενό έχει αναδειχθεί ως μια πολλά υποσχόμενη τεχνική φυσικού διαχωρισμού. Αυτή η προσέγγιση προσφέρει λειτουργική απλότητα, υψηλή απόδοση διαχωρισμού και περιβαλλοντικά οφέλη, αποφεύγοντας τα δευτερογενή απόβλητα.

Η τεχνολογία αξιοποιεί τις διαφορές στα σημεία βρασμού υπό μειωμένη πίεση, επιτρέποντας τον διαχωρισμό σε χαμηλότερες θερμοκρασίες που αποτρέπουν την αποσύνθεση του TBP, ενώ ταυτόχρονα απομακρύνει αποτελεσματικά τις ακαθαρσίες. Ωστόσο, η θερμική αστάθεια του TBP και οι εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις ποικίλων ρύπων παρουσιάζουν σημαντικές μηχανικές προκλήσεις, απαιτώντας συστήματα ακριβούς ελέγχου.

Ερευνητές στο Εργαστήριο Ανάπτυξης Επεξεργασίας του Κέντρου Ατομικής Έρευνας Indira Gandhi έχουν αναπτύξει και επικυρώσει ένα σύστημα καθαρισμού διαλυτών πιλοτικής κλίμακας βασισμένο στην απόσταξη υπό κενό. Αυτή η ολοκληρωμένη λύση συνδυάζει πολλαπλές μονάδες διαχωρισμού υγρού-αερίου σε μια ολοκληρωμένη διαδικασία αναγέννησης:

• Στήλη Αφυδάτωσης: Αρχικά απομακρύνει την περιεκτικότητα σε νερό που θα μπορούσε να επηρεάσει την απόδοση εξαγωγής και να προκαλέσει διάβρωση του εξοπλισμού μέσω αρχών απόσταξης.
• Εξατμιστής Λεπτής Μεμβράνης με Ανάδευση: Δημιουργεί μια θερμαινόμενη λεπτή μεμβράνη για ταχεία εξάτμιση του διαλύτη, αποτρέποντας παράλληλα τη θερμική αποσύνθεση, με τους ατμούς να κατευθύνονται στη στήλη απόσταξης υπό κενό.
• Στήλη Απόσταξης υπό Κενό: Ο πυρήνας του συστήματος, όπου πολλαπλές επαφές ατμού-υγρού υπό κενό διαχωρίζουν το καθαρό TBP (συλλέγεται στην κορυφή) από τα προϊόντα υποβάθμισης (διατηρούνται στη βάση).

Οι δοκιμές με προσομοιωμένους υποβαθμισμένους διαλύτες αξιολόγησαν τις φυσικές ιδιότητες (πυκνότητα, ιξώδες) και την απόδοση εξαγωγής (ρυθμοί ανάκτησης ουρανίου/πλουτωνίου), παρέχοντας κρίσιμα δεδομένα για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας.

• Η λειτουργία κενού μειώνει τα σημεία βρασμού για τη διατήρηση της ακεραιότητας του TBP
• Ολοκληρωμένος διαχωρισμός πολλαπλών σταδίων για ολοκληρωμένο καθαρισμό
• Ακριβής έλεγχος των παραμέτρων θερμοκρασίας, πίεσης και ροής

Αυτή η ανακάλυψη προσφέρει στις πυρηνικές εγκαταστάσεις μια αποτελεσματική μέθοδο για την επέκταση της διάρκειας ζωής των διαλυτών, τη μείωση του κόστους, την ελαχιστοποίηση των αποβλήτων και την ενίσχυση της επιχειρησιακής ασφάλειας. Η τεχνολογία παρουσιάζει επίσης δυνατότητες προσαρμογής στις χημικές και φαρμακευτικές βιομηχανίες για εφαρμογές ανάκτησης διαλυτών.

• Περαιτέρω βελτιστοποίηση των παραμέτρων λειτουργίας
• Ανάπτυξη προηγμένων υλικών διαχωρισμού
• Εφαρμογή αυτοματοποιημένων συστημάτων ελέγχου

Καθώς η τεχνολογία απόσταξης υπό κενό συνεχίζει να εξελίσσεται, υπόσχεται να αναζωογονήσει αυτούς τους μοριακούς "καθαριστές", υποστηρίζοντας πιο βιώσιμες λειτουργίες ανακύκλωσης πυρηνικών καυσίμων παγκοσμίως.