液態(tài)鎘陰極上鈾和钚同時回收的電化學行為

1、液態(tài)鎘陰極上鈾和钚同時回收的電化學行為摘要實驗對鹽相中不同比例的鈾和钚在液態(tài)鎘陰極（LCCS）上實驗室規(guī)模的同時回收、熔鹽成分對鈾和钚回收量的影響、在LCC上鈾和钚的形態(tài)以及钚241的衰變產物镅的行為進行了研究。結果表明在較高電流效率下當鈾和钚的比例為14.3和11.73之間是存在一個臨界值能夠將LCC上鈾和钚同時回收到10%左右。在LCC中鈾和钚以(UPu)C、(UPu)6C以及純鈾金屬的形式存在。試驗還顯示了镅和钚的聯系根據LCC運

2、算中的分離細數。111.實驗介紹新一代的燃料循環(huán)應當更經濟、安全、增值抑制和環(huán)保。為了滿足這些需求，簡單的高溫冶金過程對錒系元素的回收提供了一個可能。早在上世紀80年代，中央電力研究所（CRIEPI）就開始著手于研究適應于金屬燃料反應堆的的高溫燃料循環(huán)技術（圖1）。該過程主要包括氯化物和液態(tài)金屬熔鹽系統(tǒng)中錒系金屬回收的電解提純和還原萃取。如圖1所示，高溫燃料循環(huán)不僅包括了金屬燃料循環(huán)，還包括了高溫技術結合LWR燃料循環(huán)。因此高溫燃料循環(huán)

3、技術很有潛力成為用可裂變物質快速有效地發(fā)生反應的核燃料循環(huán)。高溫冶金過程中重要的一個步驟是用熔鹽作為電解液的電解提純，即錒系元素從核分裂生成物中的回收和凈化。圖2表明了電解提純的常規(guī)流程原理。幾乎全部的錒系元素全部熔解以氯化物形式存在，堿、堿土金屬和稀土金屬等化學活性裂變產物也轉換到相應的氯化物在鹽階段沉聚，比鈾貴重的裂變產物通過控制陽極電流停留在陽極籃子里。圖1CRIEPI擬建的高溫燃料循環(huán)過程2.實驗內容2.1實驗設備所有的實驗都在

4、一個高純氬氣氛圍的手套箱里進行，氧氣和水蒸氣的濃度保持在2ppm以下，圖3為實驗設備的示意圖。將1200g的LiClkCl共晶鹽放入一個鐵制的安全殼內，在熔鹽電解質下面為14001540g的液態(tài)鎘作為陽極提供鈾和钚，熔鹽和陽極在電爐內加熱到7732K。圖3實驗設備示意圖每次開始實驗時將120g的鎘放入一個陰極氮化鋁坩堝內，坩堝直徑約42mm。用一根氮化鋁桿以40rmin速度來攪拌坩堝邊緣，另一根鐵桿插入陰極內作為攪拌驅動和電觸頭。在安全

5、殼內放入一鐵棒來混合熔鹽和液態(tài)鎘和一根鎢條作為陽極電觸頭AgAgCl參比電極（LiClKCl中含1wt%AgCl）裝入一根細小的耐熱玻璃管用來檢測陰極電勢。選用Princeton273A模型電化學工作站來控制電子轉移。樣品熔鹽、陽極鎘和陰極鎘都置入一根配有注射器的細小的耐熱玻璃管內，等凝固以后稱重溶入硝酸。電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICPAES）來確定溶液中鈾和钚的濃度，镅濃度由一臺高純鍺γ多通道探測器通過檢測镅241發(fā)射出的59.5k