تقطیر خلاء کارایی بازیافت محلول سوخت هسته ای را افزایش می دهد

در بازفرآوری سوخت هسته‌ای، حلال‌ها به عنوان «پاک‌کننده‌های» خستگی‌ناپذیر عمل می‌کنند و روز به روز برای استخراج اورانیوم و پلوتونیوم با ارزش از سوخت مصرف‌شده کار می‌کنند. با این حال، این کارگران مولکولی به تدریج در اثر قرار گرفتن طولانی مدت در معرض تشعشعات شدید و مواد شیمیایی خورنده تخریب می‌شوند و راندمان خود را از دست می‌دهند و به طور بالقوه محصولات جانبی مضری تولید می‌کنند که هم ایمنی و هم اثربخشی پردازش را به خطر می‌اندازد.

راه حل در فناوری بازسازی حلال نهفته است. در تأسیسات بازفرآوری هسته‌ای، سیستم حلال هیدروکربن-تری بوتیل فسفات (TBP) نقش مهمی ایفا می‌کند. با گذشت زمان، فعل و انفعالات بین اسید نیتریک، اسید نیترو و هیدروکربن‌ها تحت تابش، محصولات تخریب مختلفی تولید می‌کند که عملکرد استخراج و پایداری فرآیند را مختل می‌کند. توسعه روش‌های بازسازی کارآمد برای حذف این آلاینده‌ها برای حفظ قابلیت اطمینان عملیاتی ضروری شده است.

در حالی که روش‌های سنتی مانند شستشوی شیمیایی و جذب، محدودیت‌هایی در راندمان و تولید زباله دارند، تقطیر در خلاء به عنوان یک تکنیک جداسازی فیزیکی امیدوارکننده ظاهر شده است. این رویکرد سادگی عملیاتی، راندمان جداسازی بالا و مزایای زیست محیطی را با اجتناب از زباله‌های ثانویه ارائه می‌دهد.

این فناوری از تفاوت‌های موجود در نقاط جوش تحت فشار کاهش یافته استفاده می‌کند و امکان جداسازی در دماهای پایین‌تر را فراهم می‌کند که از تجزیه TBP جلوگیری می‌کند و در عین حال ناخالصی‌ها را به طور موثر حذف می‌کند. با این حال، ناپایداری حرارتی TBP و غلظت‌های بسیار کم آلاینده‌های مختلف، چالش‌های مهندسی قابل توجهی را ایجاد می‌کند که نیازمند سیستم‌های دقیقاً کنترل شده است.

محققان آزمایشگاه توسعه بازفرآوری مرکز تحقیقات اتمی ایندیرا گاندی یک سیستم تصفیه حلال در مقیاس پایلوت بر اساس تقطیر در خلاء توسعه داده و اعتبارسنجی کرده‌اند. این راه‌حل یکپارچه، چندین واحد جداسازی مایع-گاز را در یک فرآیند بازسازی جامع ترکیب می‌کند:

• ستون آبگیری: در ابتدا محتوای آب را که می‌تواند بر راندمان استخراج تأثیر بگذارد و باعث خوردگی تجهیزات شود، از طریق اصول تقطیر حذف می‌کند.
• تبخیر کننده فیلم نازک همزده: یک فیلم نازک گرم شده برای تبخیر سریع حلال ایجاد می‌کند و در عین حال از تجزیه حرارتی جلوگیری می‌کند، با بخار به ستون تقطیر در خلاء هدایت می‌شود.
• ستون تقطیر در خلاء: هسته سیستم، جایی که تماس‌های متعدد بخار-مایع تحت خلاء TBP خالص (جمع‌آوری شده در بالا) را از محصولات تخریب (نگهداری شده در پایه) جدا می‌کند.

آزمایش با حلال‌های تخریب شده شبیه‌سازی شده، خواص فیزیکی (چگالی، ویسکوزیته) و عملکرد استخراج (نرخ بازیابی اورانیوم/پلوتونیوم) را ارزیابی کرد و داده‌های حیاتی را برای بهینه‌سازی فرآیند ارائه کرد.

• عملکرد خلاء نقاط جوش را برای حفظ یکپارچگی TBP کاهش می دهد
• جداسازی چند مرحله ای یکپارچه برای تصفیه جامع
• کنترل دقیق پارامترهای دما، فشار و جریان

این پیشرفت، یک روش موثر برای افزایش طول عمر حلال‌ها، کاهش هزینه‌ها، به حداقل رساندن ضایعات و افزایش ایمنی عملیاتی در اختیار تأسیسات هسته‌ای قرار می‌دهد. این فناوری همچنین پتانسیل سازگاری در صنایع شیمیایی و دارویی برای کاربردهای بازیابی حلال را نشان می‌دهد.

• بهینه سازی بیشتر پارامترهای عملیاتی
• توسعه مواد جداسازی پیشرفته
• پیاده سازی سیستم های کنترل خودکار

همانطور که فناوری تقطیر در خلاء به تکامل خود ادامه می‌دهد، نوید می‌دهد که این «پاک‌کننده‌های» مولکولی را احیا کند و از عملیات بازفرآوری سوخت هسته‌ای پایدارتر در سراسر جهان پشتیبانی کند.