Радиационно-химическое поведение ионов нептуния в растворах хлорной и азотной кислот при -радиолизе Ротманов, Константин Владиславович

Введение к работе

Актуальность проблемы

Успешное развитие ядерной энергетики тесно связано с созданием замкнутого топливного цикла и предотвращением загрязнения биосферы высокоактивными отходами ( ВАО ) , образующимися в процессе регенерации облученного ядерного горючего. Метод трансмутации долгоживущих нуклидов в стабильные или короткоживущие является наиболее предпочтительным способом снижения риска, связанного с захоронением отходов в глубинные геологические формации. Для реализации трансмутации необходима химическая переработка ВАО С целью ювлечения содержащихся в них трансурановых элементов. Наиболее распространенные в настоящее время в радиохимической технологии методы ( экстракция, ионный обмен и т.д. ) предполагают широкое использование водных растворов различных неорганических кислот . В процессе переработки растворы будут подвергаться интенсивному действию а-, Р- , у-излучения, так как образующиеся при регенерации облученного топлива отходы высокорадиоактивны . Присутствие в ВАО младших актинидов ( Np,Am,Cm ) обусловливает высокий уровень а-активности, поэтому вклад сс-радиолиза в общий радиолитический эффект весьма значителен. Таким образом, сведения о поведении младших актинидов в водных растворах неорганических кислот ( особенно НЖ)з, как наиболее широко используемой ) при действии а-излучения представляет несомненный практический интерес. Представляемая работа посвящена изучению радиационно-химического поведения одного из младших актинидов - нептуния. Актуальность темы обусловлена тем, что именно Np-237 играет существенную роль в радиологическом воздействии захороненных отходов и его присутствие представляет наибольшую долговременную опасность .

Цель работы

Исследование а-радиолиза хлорно- и азотнокислых растворов Np-237, получение экспериментальных данных о влиянии различных условий на радиационно-химическое поведение ионов нептуния, создание математической модели а-радиолиза азотнокислых растворов нептуния.

Научная новизна

1. Показано, что при а-радиолизе растворов НСЮ₄ значения С^НгОг) не зависят от
концентрации растворенного вещества в широком интервале исследованных значений

CHC104(CNaCIO4)

1. Полученные сведения по а-радиолизу растворов HN0₃ показывают , что значения стационарных концентраций HN0₂ в исследуемой системе в значительной мере определяются условиями протекания процесса выделения газообразных продуктов радиолиза ( окислов азота ) из жидкой фазы в газовую . В то же время показано, что значения С^НЖЬ) гораздо менее чувствительны к изменениям этих условий .

2. При изучении радиационно-химического поведения нептуния в растворе НСЮ4 установлено, что восстановление Np(VI) и Np(V) осуществляется, в основном, продуктами радиолиза НгО ; окисление Np(V) до Np(VT) обусловлено появлением в растворе продуктов радиолиза CKV . При одинаковых Ctj_p , СцсіО« Ё концентрация равновесной валентной формы нептуния не зависит от того, в какой валентной форме первоначально находился нептуний.

3. При изучении а-радиолиза азотнокислых растворов нептуния установлено, что со временем устанавливается равновесие между различными валентными формами нептуния :

при одинаковых Cn_p , Сншз. Ь значения равновесных концентраций не зависят от того, в какой валентной форме находился первоначально нептуний.

Показано, что при изменении состава раствора или мощности дозы изменяются как значения равновесных концентраций , так и скорости окислительно-восстановительных процессов. Увеличение исходных концентраций различных валентных форм нептуния влечет за собой увеличение скорости процессов окисления или восстановления ( в зависимости от конкретной исходной валентной формы ) , но не сказывается на относительных ( в % ) значениях равновесных конценграций валентных форм нептуния .

5. При изучении а-радиолиза смешанных растворов Np(IV) и Pu(IV) установлено , что их взаимное влияние на поведение друг друга существенно сказывается лишь на начальной стадии процесса.При равновесии ( в исследованном интервале экспериментальных условий ) взаимное влияние компонентов системы на радиационно-химическое поведение друг друга невелико.

6. Предложена и обоснована математическая модель, в целом удовлетворительно описывающая радиационно-химическое поведения нептуния в растворах HNO3 .

Практическая ценность Полученные в работе результаты необходимы для прогнозирования радиационно-химического поведения ионов нептуния в водных азотнокислых растворах, широко используемых в радиохимической технологии. Результаты работы использованы при создании математической модели процесса радиолиза азотнокислых растворов нептуния (Владимирова М.В. Радиохимия, 1994, Т.36, №1,С.63-70 ; Владимирова MB. Радиохимия, 1995, Т.37, №1,С.44-48 ; Владимирова М.В. Радиохимия, 1995, Т.37, №5,С.446-452 )

Автор выносит на защиту :

1. Результаты исследования а-радиолиза хлорно- и азотнокислых растворов
нептуния: представлены числеїшьіе значения радиационно-химических выходов.начальных
скоростей, равновесных концентраций различных валентных форм нептуния в зависимости
от концентрации НСІО4, NaClCi, HNO3, NaN0₃, мощности дозы, начальной концентрации
нептуния.

2. Предложена математическая модель, в целом удовлетворительно описывающая
радиационно-химическое поведеіше ионов нептуния в в широком интервале значений

Сншз, CNaN03, Ь, Сц_р . Рассчитаны значения констант скоростей реакций HNO2 + HNO3, Np(VI) + Н0₂, Np(V) + Н0₂, Np(V) + N0₂, Np(VI) + NO, Np(VI) + HN0₂, Np(V) + Np(V), Np(IV) + Np(VI).

3. Результаты исследования а-радиолиза азотнокислых растворов Np(IV) и Pu(IV)
при их совместном присутствии: представлены численные значения радиационно-
химических выходов,начальных скоростей, равновесных концентраций различных
валентных форм нептуния и плутония в зависимости от концентрации HNO3 , мощности
дозы, начальной концентрации Np(IV) и Pu(IV) . Продемонстрирована возможность
применения результатов, полученных при изучении а-радиолиза азотнокислых растворов
нептуния, для исследования а-радиолиза азотнокислых растворов Np(IV) и Pu(IV) при их
совместном присугствии.

Апробация работы Основные результаты работы были представлены на :

Второй Всесоюзной конференции по химии нептуния и плутония ( Ленинград, 1982 г. )

Всесоюзной конференции по теоретической и прикладной радиационной химии (Обнинск, 1984 г.)

Первой московской конференции молодых ученых по радиохимии (Москва ,1986 г.)

- Третьей Всесоюзной конференции по химии нептуния и плутония ( Ленинград,
1987 г.)

- Третьей Всесоюзной конференции по химии трансплутониевых элементов
( Димитровград, 1988 г. )

Международной конференции " Актиниды - 89 " ( Ташкент, 1989 г. )

Первой и Второй Российских конференциях по радиохимии ( Дубна , 1994 г., Димитровград, 1997 г.)

Публикации Материалы диссертации изложены в одном обзоре и 10 статьях .

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов , списка литературы и трех приложений. Работа изложена на 179 страницах машинописного текста , включая 68 рисунков, 34 таблицы , и список литературы из 106 наименований .