Министерство энергетики США выделило 1 миллион долларов на исследование продуктов деления в расплавленном солевом ядерном топливе

Репортаж от Wedoany，5 октября Университет штата Пенсильвания получил грант в размере 1 миллиона долларов по программе Министерства энергетики США для университетов в области ядерной энергетики на исследование химического поведения трёх продуктов деления — самария, европия и теллура — в отработавшем ядерном топливе в расплавленных солевых системах. Проект возглавляет профессор кафедры материаловедения и инженерии Ходжон Ким; в нём участвуют Университет Невады в Рино и Национальная лаборатория Айдахо. Исследование охватывает изменения валентности этих трёх элементов в среде расплавленных солей, взаимодействие с материалами, а также поведение в процессе высокотемпературной пирометаллургической переработки ядерного топлива.

Проект сосредоточен на изучении многочисленных валентных состояний самария, европия и теллура, образующихся в различных окислительно-восстановительных условиях в расплавленных солях, а также влияния изменения валентности на растворимость, распределение и процессы разделения. Согласно аннотации проекта Министерства энергетики США, самарий обладает сильной способностью поглощать нейтроны, европий может вызывать растворение конструкционных материалов, а теллур способен образовывать с металлами хрупкие интерметаллические соединения. Все эти процессы связаны с целостностью материалов и разделением продуктов деления в системах ядерного топливного цикла на расплавленных солях.

На экспериментальном этапе три целевых элемента будут растворены в среде расплавленных солей, их степени окисления будут изменяться путём приложения различных электрических потенциалов, а соответствующие электрохимические свойства будут измеряться. Университет штата Пенсильвания отвечает за электрохимические эксперименты с расплавленными солями, а Университет Невады в Рино и Национальная лаборатория Айдахо выполняют часть работ по характеризации, моделированию и дополнительным экспериментам. Проект также исследует взаимодействие этих продуктов деления с конструкционными материалами ядерных энергетических систем.

В рамках исследования также будут проводиться эксперименты по захвату продуктов деления с использованием жидкого висмута. Группа Кима ранее изучала извлечение редкоземельных продуктов деления из расплавленных солевых систем с помощью жидких металлов, при этом жидкий висмут использовался для извлечения редкоземельных элементов из расплавленных солей. Данный проект продолжит эту техническую линию, дополнительно исследуя условия извлечения и стабилизации целевых элементов.

Самарий является одним из ключевых объектов данного исследования. Группа Кима планировала изучать самарий в рамках проекта, финансировавшегося Министерством энергетики США в 2018 году, однако из-за низкой концентрации самария в расплавленных солях и отличий его электрохимического поведения от других редкоземельных продуктов деления соответствующие исследования тогда не были завершены. В рамках текущего проекта будут возобновлены исследования электрохимических характеристик и валентных состояний самария, а также параллельно проведён анализ европия и теллура.