تقنية PUREX

وهذه اعتمدت منذ حوالي 20 سنة ولا زالت تعمل حتى الآن وهذه الكلمة PUREX هي اختصار للعبارة: (extraction by Uranium Recovery & Plutonium) أي استعادة البلوتونيوم واليورانيوم بالاستخلاص. حيث تستخدم هذه التقنية (TBP) أو Tri-n-Butyl Phosphate (التي يمكن تخفيفها مثلاً بواسطة محاليل الكيروسين أو البرافين (الهايدروكربون)) التي تستخدم كمذيب عضوي. لفصل البلوتونيوم واليورانيوم. ولا تتحلل TBP عند إضافة حمض النيتريك وتستطيع استخلاص كلاً من نترات اليورانيوم والبلوتونيوم الثلاثية والسداسية المعقدة. يبين الشكل (1) مخطط مبسط لتدفق تفاعلات PUREX. حيث يمر محلول الوقود إلى العمود الأول بعد معالجته بحامض النيتريك والذي يحتوي على اليورانيوم والبلوتونيوم ونواتج الانشطار والأكتينيدات الثقيلة ويتقابل مع TBP. القادم إليه من القاع، وهناك يتم استخلاص اليورانيوم والبلوتونيوم بواسطة هذه المذببات العضوية، بينما تظل النفايات ونواتج الانشطار ذائبة في المحلول. حيث تغادر هذا العمود من الأسفل وذلك على شكل نفايات سائلة ذات فاعلية إشعاعية عالية HLW أو (High level aqueous Waste). وهذه تحتوي على نواتج الانشطار والأكتينيدات الثقيلة. ثم يترك المحلول للتبخر وذلك لاستخلاص حامض النيتريك. أما الناتج المتبقي بعد ذلك فتتم معالجته حيث يكون على شكل نفايات ذات فاعلية عالية مركزة HLWC أو High Level Waste Concentrate).(

من أعلى العمود يتدفق حمض النيتريك على المحلول العضوي الصاعد من قاع العمود والذي يحتوي على اليورانيوم والبلوتونيوم وكميات ضئيلة من نواتج الانشطار ومن ثم يحدث تفاعل مع هذه النواتج الانشطارية ويتم التخلص منها. أما المحلول العضوي فيغادر هذا العمود عند القمة متجهاً نحو العمود الثاني. وهنا يتم اختزال البلوتونيوم الرباعي والسداسي إلى البلوتونيوم الثلاثي التكافؤ باستخدام عامل الاختزال (من الطرق الجديدة الحديثة المستخدمة لهذا الشأن طريقة استخدام الاختزال الإلكتروليتي خلال أجهزة الاستخلاص). وحيث أن البلوتونيوم الثلاثي التكافؤ قليل الذوبان في الكيروسين TBP العضوي فإنه يعاد استخلاصه في طور السيولة. أما اليورانيوم السداسي التكافؤ فإنه يظل ذائباً في طور الكيروسين TBP العضوي. ومن ثم يغادر هذا العمود عند القمة (كما بالشكل). أما نواتج البلوتونيوم السائلة فتغادر العمود عند القاع. عند العمود

الشكل (1)

الثالث، يدخل اليورانيوم العضوي من القاع حيث يتقابل مع تيار حامض النيتريك المعاكس الذي يتدفق عند القمة. ومن ثم يحدث الاختزال. وتغادر محاليل اليورانيوم UO₂ (NO₃)₂ وحمض النيتريك هذا العمود من القاع بينما تغادر المذيبات العضوية العمود عند القمة. وبعد إزالة المركبات العضوية الناتجة ونواتج الانشطار بالغسيل يمكن الحصول على المذيب العضوي مرة ثانية حيث يتم إعادة دورانه (recycled) في المنظومة.

ولتقليل التلوث الناتج لكل من البلوتونيوم واليورانيوم فإن سوائل هذين النظيرين تمرر إلى دوائر تنقية (من التلوث) أخرى حيث يتم الحصول في نهاية الأمر وبعد التنقية والتركيز على كل من اليورانيوم والبلوتونيوم على صورة نترات اليورانيوم UO₂ (NO₃)₂ ونترات البلوتونيوم Pu (NO₃)₄.

ويمكن تحضير أكسيد البلوتونيوم من نترات البلوتونيوم وذلك بخلط الأخيرة مع حمض الأكساليك حيث تنتج أوكسالات البلوتونيوم [Pu (C₂ O₄)₂] على شكل معلق، ثم يمرر المعلق خلال وحدة ترشيح حيث يتم فصل المعلق على شكل كعكة. ثم تكلس هذه الكعكة عند درجة حرارة أكبر من C300. ومن ثم ينتج أكسيد البلوتونيوم PuO₂ الذي يطحن ويغلف ويحفظ في مستودعات خاصة به.

كما ويمكن تحضير أكسيد اليورانيوم من نترات اليورانيوم و ذلك بإضافة الأمونيا وغاز ثاني أكسيد الكربون إلى محلول النترات. وينتج من التفاعل كربونات اليورانيوم الأمونية التي يمكن أن تتحلل في فرن حراري. وبعد أن يتم فصل الأمونيا وغاز ثاني أكسيد الكربون ينتج أكسيد اليورانيوم الثلاثي (UO₃) . ويمكن اختزال هذا ال أكسيد وذلك بإضافة الهيدروجين عند درجات حرارة تتراوح بين C600 - 500 إليه. ومن ثم ينتج مسحوق أكسيد اليورانيوم الثنائي الذي يمكن طحنه وغربلته ليصبح متجانساً ويعبا ويخزن للاستعمال.