Indledning #
PUREX (Plutonium Uranium Extraction) er en kemisk proces, der anvendes til at udvinde plutonium og uran fra brugt brændsel i nukleare reaktorer til produktionen af Mixed Oxide Fuel (MOX) brændsel som kan genbruges i en reaktor. De resterende fissionsprodukter og transuraner som reelt er affald, fylder nu fylder meget mindre og derfor kan deponeres langt billigere [1].
PUREX-metoden er en af de mest udbredte metode. Den anvendes ved Orano-anlægget i La Hague i Frankrig. Ligeledes i Japan og Rusland.
Trin i PUREX-processen #
Opdelingsproces (shearing) #
Først fjernes endestykkerne af brændselselementerne, da de kan indeholde mere radioaktive materialer og har en højere varmeudvikling.
Efter fjernelse af ende stykkerne klippes resten af brændselselementerne ud i mindre stykker med en længde på typisk 35 millimeter. Denne opdeling i mindre stykker letter senere trin i oparbejdningsprocessen, hvor ekstraktion og behandling af de genanvendelige materialer, såsom uran og plutonium, forekommer.
Opblødning (Leaching) #
De opdelte brændselsstykker placeres i et opløsningsmiddel, normalt en stærkt oxidationsmiddel som salpetersyre (HNO3). Opløsningsmidlet reagerer med brændslet og opløser de ønskede materialer, såsom plutonium og uran, det danner en opløsning kaldet “brændselsopløsning
Opløsningen indeholder genanvendelig uran (U), plutonium (Pu) og ikke-genanvendelig fissionsprodukter (Fp) som reelt er affald.
Ekstraktion – adskille uran og plutonium fra fissionsprodukterne #
Næste skridt er at adskille uran og plutonium fra fissionsprodukterne. Dette opnås ved at blande opløsningen med et kemisk stof kaldet tributylphosphat (TBP). Når opløsningen blandes med TBP, dannes der stabile komplekse forbindelser, hvorved uran (U) og plutonium (Pu) absorberes og adskilles fra fissionsprodukterne (Fp)
Stripping – adskille af uran og plutonium #
Stripping-trinnet indebærer at adskille uran fra plutonium. Det gøres ved hjælp af en kombination af salpetersyre (HNO3) og en reducerende agent som f.eks. hydrazin (N2H4).
Salpetersyren frigøre uranet og plutoniummet fra de organiske opløsningsmidler, der blev brugt i ekstraktionsfasen. Mens hydrazin (N2H4) bruges til at reducere uranet til en lavere oxidationstilstand, hvilket fører til dannelsen af fast uran, mens plutoniummet forbliver i opløsningen.
Resultatet er en adskilt fase, hvor uranet er i form af urannitratkomplekser, og plutoniummet forbliver i det reducerede ekstraktionsmiddel.
Slutproduktet fra PUREX #
Genanvendelige materialer #
Efter gennemgående en PUREX-proces kan op til 95% af det brugte kernebrændsel genanvendes til at producere nyt brændsel såkaldt Mixed Oxide Fuel (MOX) brændsel. Det er oftest i et blandingsforhold 70% genbrugt MOX og 30% nyt brændsel. Det kan spaltes igen og den endelige lagermængde halveres således, samtidig med at energigevinsten fordobles.
Efter PUREX-processen udgør de ikke-genanvendelige materialer omkring 5% af det oprindelige brugte brændsel. Disse omfatter fissionprodukter, aktinider. Dog kan de kommende Generation IV-reaktorteknologier genbruge aktiniderne.
Fissionsprodukter til medicinske formål. #
Nogle fissionsprodukterne afskilt i PUREX kan have nyttige egenskaber. Der kan være forsøg på at udvikle teknologier til at udnytte visse fissionsprodukter til medicinske formål.
Et eksempel er technetium-99m (Tc-99m). Det er en af de mest anvendte isotoper inden for nuklearmedicin til diagnoseformål. Det genereres normalt ved at bestråle naturligt uran-235 (U-235) i en fissionreaktor og derefter udføre en kemisk proces for at adskille og rense Tc-99m fra resten af fissionsprodukterne.
En anden kendt fissionsisotop med potentielle medicinske anvendelser er jod-131 (I-131). Dette radioaktive isotop kan anvendes i behandlingen af skjoldbruskkirtelsygdomme, såsom hypertyreose og visse typer af skjoldbruskkirtelkræft. I-131 udsender betastråling, der kan ødelægge skjoldbruskkirtelvæv, herunder kræftceller.
PUREX øger ikke proliferation #
PUREX-processen skaber ikke våbenkvalitets plutonium (Pu). Selvom metoden udvinder plutonium, vil det stadig indeholde en blanding af isotoper, herunder Pu-239, Pu-240 og andre plutoniumisotoper. For at producere våbenkvalitets plutonium med høj renhed og lavt indhold af uønskede isotoper som Pu-240, er der behov for yderligere trin, såsom kemisk oprensning og opkoncentrering.
For at producere plutonium til brug i våbenprogrammer kræves en mere avanceret og specialiseret proces kaldet isotopskilning. Dette indebærer flere trin af kemisk behandling, oprensning og opkoncentrering for at opnå plutonium med en meget høj koncentration af Pu-239 og et lavt indhold af andre isotoper.
Denne er ikke involveret i genbehandling og genbrug af brugt reaktorbrændsel.
Læs mere om hvorfor atomkraft ikke giver flere atomvåben
Kilder
