تقطير الفراغ يزيد من كفاءة إعادة تدوير محلول الوقود النووي

في إعادة معالجة الوقود النووي، تعمل المذيبات كـ "منظفات" لا تكل، وتعمل يومًا بعد يوم لاستخلاص اليورانيوم والبلوتونيوم القيم من الوقود المستهلك. ومع ذلك، تتدهور هذه "الخلايا العاملة" الجزيئية تدريجيًا تحت التعرض المطول للإشعاع الشديد والمواد الكيميائية المسببة للتآكل، مما يفقدها الكفاءة وربما ينتج موادًا فرعية ضارة تعرض السلامة وفعالية المعالجة للخطر.

الحل يكمن في تكنولوجيا تجديد المذيبات. في منشآت إعادة المعالجة النووية، يلعب نظام المذيبات الهيدروكربونية ثلاثي فوسفات البوتيل (TBP) دورًا حاسمًا. بمرور الوقت، تنتج التفاعلات بين حمض النيتريك وحمض النيتروز والهيدروكربونات تحت الإشعاع منتجات تحلل مختلفة تضعف أداء الاستخلاص واستقرار العملية. أصبح تطوير طرق تجديد فعالة لإزالة هذه الملوثات أمرًا ضروريًا للحفاظ على الموثوقية التشغيلية.

في حين أن الطرق التقليدية مثل الغسيل الكيميائي والامتصاص لها قيود من حيث الكفاءة وتوليد النفايات، فقد ظهر التقطير بالفراغ كتقنية فصل فيزيائية واعدة. يوفر هذا النهج بساطة تشغيلية وكفاءة فصل عالية وفوائد بيئية عن طريق تجنب النفايات الثانوية.

تستفيد التكنولوجيا من الاختلافات في نقاط الغليان تحت ضغط منخفض، مما يتيح الفصل عند درجات حرارة منخفضة تمنع تحلل TBP مع إزالة الشوائب بشكل فعال. ومع ذلك، فإن عدم الاستقرار الحراري لـ TBP والتركيزات المنخفضة للغاية للملوثات المتنوعة تمثل تحديات هندسية كبيرة، مما يتطلب أنظمة يتم التحكم فيها بدقة.

قام الباحثون في مختبر تطوير إعادة المعالجة التابع لمركز أبحاث الذرة في إنديرا غاندي بتطوير والتحقق من صحة نظام تنقية مذيب على نطاق تجريبي يعتمد على التقطير بالفراغ. يجمع هذا الحل المتكامل بين وحدات فصل السائل والغاز المتعددة في عملية تجديد شاملة:

• عمود التجفيف: يزيل في البداية محتوى الماء الذي يمكن أن يؤثر على كفاءة الاستخلاص ويتسبب في تآكل المعدات من خلال مبادئ التقطير.
• مبخر الغشاء الرقيق المهتز: ينشئ غشاءًا رقيقًا مسخنًا للتبخر السريع للمذيب مع منع التحلل الحراري، مع توجيه البخار إلى عمود التقطير بالفراغ.
• عمود التقطير بالفراغ: جوهر النظام، حيث تفصل اتصالات البخار والسائل المتعددة تحت الفراغ TBP النقي (الذي يتم جمعه في الأعلى) عن منتجات التحلل (المحتفظ بها في القاعدة).

أدى الاختبار باستخدام مذيبات متدهورة محاكاة إلى تقييم الخصائص الفيزيائية (الكثافة واللزوجة) وأداء الاستخلاص (معدلات استعادة اليورانيوم/البلوتونيوم)، مما يوفر بيانات مهمة لتحسين العملية.

• يقلل التشغيل بالفراغ نقاط الغليان للحفاظ على سلامة TBP
• فصل متعدد المراحل متكامل للتنقية الشاملة
• التحكم الدقيق في معلمات درجة الحرارة والضغط والتدفق

يوفر هذا الاختراق للمرافق النووية طريقة فعالة لإطالة العمر الافتراضي للمذيبات وتقليل التكاليف وتقليل النفايات وتعزيز السلامة التشغيلية. تُظهر التكنولوجيا أيضًا إمكانات للتكيف في الصناعات الكيميائية والصيدلانية لتطبيقات استعادة المذيبات.

• زيادة تحسين معلمات التشغيل
• تطوير مواد فصل متقدمة
• تنفيذ أنظمة تحكم آلية

بينما تستمر تكنولوجيا التقطير بالفراغ في التطور، فإنها تعد بإحياء هذه "المنظفات" الجزيئية، ودعم عمليات إعادة معالجة الوقود النووي الأكثر استدامة في جميع أنحاء العالم.