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Processo PUREX

1950
  • Herbert H. Anderson
  • Larned B. Asprey
Impianto di ritrattamento nucleare che utilizza il processo PUREX per l'estrazione di uranio e plutonio.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

PUREX, an acronym for Plutonium and Uranium Recovery by Extraction, is the primary industrial metodo for reprocessing spent nuclear fuel. It employs liquid-liquid extraction (LLE) to separate uranium and plutonium from highly radioactive fission products. The process uses a 30% solution of tributyl phosphate (TBP) in a hydrocarbon diluent to selectively extract U(VI) and Pu(IV) from a nitric acid feed.

Il processo PUREX, sviluppato alla fine degli anni '40 nell'ambito del programma nucleare statunitense, è diventato lo standard globale per il ritrattamento nucleare. Il suo successo risiede nell'elevata selettività dell'estrattore, il tributilfosfato (TBP), per l'uranio e il plutonio in specifici stati di ossidazione. Il processo inizia sciogliendo le barre di combustibile esaurito in acido nitrico caldo. Nella prima fase di estrazione, la soluzione acquosa di acido nitrico contenente uranio, plutonio e prodotti di fissione viene messa a contatto con il solvente TBP/kerosene. Il TBP forma complessi stabili con l'uranio esavalente (come [latex]UO_2(NO_3)_2(TBP)_2[/latex]) e il plutonio tetravalente (come [latex]Pu(NO_3)_4(TBP)_2[/latex]), estraendoli nella fase organica mentre la maggior parte dei prodotti di fissione, tipicamente negli stati di ossidazione +1, +2 o +3, rimane nel raffinato acquoso.

La separazione dell'uranio e del plutonio si ottiene in una fase successiva. Un agente riducente, come il solfammato ferroso o il nitrato di idrossilammina, viene aggiunto per ridurre selettivamente il plutonio da Pu(IV) allo stato Pu(III) non estraibile. In questo modo il plutonio può essere ‘strippato’ in una nuova fase acquosa, mentre l'uranio rimane nella fase organica. Infine, l'uranio viene strippato dal solvente organico utilizzando una soluzione diluita di acido nitrico. Il processo è altamente efficiente, ma genera volumi significativi di rifiuti radioattivi liquidi e comporta problemi di proliferazione a causa della separazione del plutonio puro. Sono in fase di sviluppo varianti avanzate del processo PUREX per coestrarre il plutonio con altri attinidi e creare un prodotto più resistente alla proliferazione.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Fisica nucleare e delle alte energie

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Finanziario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta della fissione nucleare e degli elementi transuranici
  • la necessità del progetto Manhattan di separare il plutonio (ad esempio, il precedente processo al fosfato di bismuto)
  • sviluppo del tributil fosfato (TBP) come plastificante e solvente
  • progressi nella tecnologia di manipolazione remota di materiali altamente radioattivi
  • sviluppo di miscelatore-setacciatore e contattori a colonna a impulsi

Applicazioni

  • recupero di materiali fissili (uranio-235, plutonio-239) per il riutilizzo nei reattori nucleari
  • produzione di plutonio separato per armi nucleari
  • produzione di combustibile a ossidi misti (MOX)
  • ridurre il volume e la radiotossicità a lungo termine dei rifiuti nucleari ad alto livello
  • isolamento di isotopi specifici per uso medico o industriale

Brevetti:

  • US2924506A

Idee e potenziali innovazioni

  • varianti avanzate di PUREX (ad esempio, UREX+) che co-estraggono attinidi minori con plutonio per ridurre il rischio di proliferazione
  • sviluppo di liquidi ionici come solventi alternativi per ridurre i rifiuti organici volatili
  • contattori centrifughi per ridurre la degradazione del solvente dovuta all'esposizione alle radiazioni riducendo al minimo il tempo di contatto
  • metodi elettrochimici per il controllo dello stato di ossidazione per sostituire i reagenti chimici
  • sensori avanzati per il monitoraggio in tempo reale delle concentrazioni di uranio e plutonio
  • piroprocesso come alternativa non acquosa al PUREX
  • strategie di partizionamento e trasmutazione che utilizzano prodotti derivati ​​da PUREX per distruggere i rifiuti radioattivi a lunga durata
  • microfluidico PUREX systems for research and analytical purposes
  • development of selective stripping agents for separating minor actinides from lanthanides
  • integrazione di PUREX con processi di vetrificazione per una gestione più efficiente dei rifiuti
Correlato a: PUREX, ritrattamento nucleare, combustibile nucleare esaurito, plutonio, uranio, tributilfosfato, TBP, estrazione con solvente, chimica nucleare, rifiuti radioattivi.

Contesto storico

Processo PUREX

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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