Separace ruthenia z inovativních vyhořelých jaderných paliv

Abstract

Jaderné elektrárny jsou pevnou součástí české energetické produkce. Štěpením jaderného paliva nevzniká pouze energie, ale i široké spektrum prvků, které je vhodné odseparovat a znovu je využít v různých oblastech průmyslu. Jedním z těchto prvků je i ruthenium. Bakalářská práce je zaměřena na separaci Ru z vodných roztoků. Testované systémy, které mohou být užity při kapalinové extrakci Ru, lze rozdělit na dva druhy: První obsahuje ve vodné fázi roztok ruthenia v kyselině dusičné a je extrahován organickou fází obsahující komplexační činidlo a rozpouštědlo. Druhý obsahuje ve vodní fázi navíc oxidační činidlo jodistan sodný, který má za cíl zoxidovat Ru na oxid rutheničelý. Jako lepší se jevily systémy obsahující NaIO4. Hodnoty distribučních koeficientů u těchto systémů rostly se stoupající koncentrací NaIO4 a dobou oxidace vodné fáze. U koncentrace NaIO4 o hodnotě 140 mM a době oxidace 3 hodiny se pohybovaly hodnoty D(Ru) v řádech stovek. Tyto výsledky mohou nalézt využití při recyklaci inovativních jaderných paliv, která mají množství výhod oproti běžným palivům, např. vyšší hodnoty tepelné vodivosti nebo teoretické hustoty.

Nuclear power plants are a crucial part of Czech energy production. Fission of nuclear fuel produces not only energy but also a wide range of elements that can be separated and reused in various areas of industry. One of these elements is ruthenium. The focus of the bachelor thesis is on the separation of Ru from aqueous solutions. The systems tested, which can be used in the liquid extraction of Ru, can be divided into two types: The first contains a solution of ruthenium in nitric acid in the aqueous phase and are extracted with an organic phase containing a complexing agent and a solvent. The second contains in the aqueous phase an additional oxidizing agent, sodium periodate, to oxidize Ru to ruthenium oxide. Systems containing NaIO4 appeared to be superior. In these systems, the values of the distribution coefficients increased with increasing NaIO4 concentration and the time of oxidation of the aqueous phase. For a NaIO4 concentration of 140 mM and an oxidation time of 3 h, the values of D(Ru) were in the hundreds. These results may find application in the recycling of innovative nuclear fuels, which have several advantages over conventional fuels, such as higher values of thermal conductivity or theoretical density.