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PUREXプロセス

1950
  • Herbert H. Anderson
  • Larned B. Asprey
Nuclear reprocessing facility utilizing the PUREX process for uranium and plutonium extraction.

(画像はイメージです)

PUREX, an acronym for Plutonium and Uranium Recovery by Extraction, is the primary industrial 方法 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.

1940年代後半に米国の核開発計画の一環として開発されたPUREXプロセスは、核燃料再処理の世界標準となった。その成功の秘訣は、抽出剤であるリン酸トリブチル(TBP)が、特定の酸化状態のウランとプルトニウムに対して高い選択性を示すことにある。このプロセスは、使用済み燃料棒を高温の硝酸に溶解することから始まる。最初の抽出ステップでは、ウラン、プルトニウム、および核分裂生成物を含む硝酸水溶液をTBP/灯油溶媒と接触させる。TBPは、六価ウラン([latex]UO_2(NO_3)_2(TBP)_2[/latex])および四価プルトニウム([latex]Pu(NO_3)_4(TBP)_2[/latex])と安定な錯体を形成し、これらを有機相に抽出する一方、通常+1、+2、または+3の酸化状態にあるほとんどの核分裂生成物は水性ラフィネート中に残る。

ウランとプルトニウムの分離は、次の工程で行われます。硫酸第一鉄や硝酸ヒドロキシルアミンなどの還元剤を添加し、プルトニウムをPu(IV)から抽出不可能なPu(III)に選択的に還元します。これにより、プルトニウムは新鮮な水相に「剥離」され、ウランは有機相に残ります。最後に、希硝酸溶液を用いて有機溶媒からウランを剥離します。このプロセスは非常に効率的ですが、大量の液体放射性廃棄物が発生し、純粋なプルトニウムを分離するため核拡散の懸念があります。より核拡散に強い製品を作るため、プルトニウムを他のアクチニドと共抽出するPUREXプロセスの改良版が開発されています。

UNESCO Nomenclature: 2209
原子核物理学および高エネルギー物理学

タイプ

化学プロセス

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 核分裂と超ウラン元素の発見
  • マンハッタン計画におけるプルトニウム分離の必要性(例:初期のリン酸ビスマス法)
  • 可塑剤および溶剤としてのトリブチルリン酸(TBP)の開発
  • 高放射性物質の遠隔操作技術の進歩
  • 開発 ミキサーセトラー パルス式カラムコンタクタ

アプリケーション

  • 核分裂性物質(ウラン235、プルトニウム239)を回収し、原子炉で再利用する。
  • 核兵器用の分離プルトニウムを製造する
  • 混合酸化物(MOX)燃料の製造
  • 高レベル放射性廃棄物の量と長期的な放射能毒性を低減する
  • 医療用または工業用として特定の同位体を分離する

特許:

  • US2924506A

潜在的なイノベーションのアイデア

  • advanced PUREX variants (e.g., UREX+) that co-extract minor actinides with plutonium to reduce proliferation risk
  • development of ionic liquids as alternative solvents to reduce volatile organic waste
  • centrifugal contactors to reduce solvent degradation from radiation exposure by minimizing contact time
  • electrochemical methods for oxidation state control to replace chemical reagents
  • advanced sensors for real-time monitoring of uranium and plutonium concentrations
  • pyroprocessing as a non-aqueous alternative to PUREX
  • partitioning and transmutation strategies that use PUREX-derived products to destroy long-lived radioactive waste
  • マイクロ流体 PUREX systems for research and analytical purposes
  • development of selective stripping agents for separating minor actinides from lanthanides
  • integrating PUREX with vitrification processes for more efficient waste management
関連キーワード:PUREX、核燃料再処理、使用済み核燃料、プルトニウム、ウラン、リン酸トリブチル、TBP、溶媒抽出、核化学、放射性廃棄物。

歴史的背景

PUREXプロセス

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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