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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, un acronimo per il recupero di plutonio e uranio mediante estrazione, è il principale processo industriale metodo per il ritrattamento del combustibile nucleare esaurito. Utilizza l'estrazione liquido-liquido (LLE) per separare l'uranio e il plutonio dai prodotti di fissione altamente radioattivi. Il processo utilizza una soluzione al 30% di tributilfosfato (TBP) in un diluente idrocarburico per estrarre selettivamente U(VI) e Pu(IV) da una soluzione di acido nitrico.

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 contattori per miscelatori-decantatori e colonne pulsate

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

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Correlato a: PUREX, ritrattamento nucleare, combustibile nucleare esaurito, plutonio, uranio, tributilfosfato, TBP, estrazione con solvente, chimica nucleare, rifiuti radioattivi.

Contesto storico

Processo PUREX

1950
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1957
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1957
1958

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

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