Proces Purex (z anglického P lutonium - Uranium Recovery by EX traction , PUREX - regenerace uranu a plutonia extrakcí) je technologický proces pro zpracování ozářeného jaderného paliva .
Proces Purex objevili chemici Herbert Anderson a Larned Brown Asprey v metalurgické laboratoři Chicagské univerzity jako součást projektu Manhattan . Jejich nadřízený v této době byl Glenn Seaborg ; patentová přihláška „ Soluvent Extraction Process for Plutonium “ byla podána v roce 1974 [ 1] , je zde uveden tributylfosfát jako hlavní činidlo, které provádí hlavní část chemické reakce [ 2] .
Po rozpuštění palivových článků v kyselině dusičné obsahuje výchozí roztok v závislosti na hloubce vyhoření paliva 250–300 g/l U , do 3 g/l Pu a do 100 mg/l Np . Počáteční roztok se zfiltruje a odešle do fáze přípravy k extrakci .
V této fázi se z roztoku odstraní molekulární jód (I 2 ) a Pu se převede převážně do stavu Pu +4 , aby se zajistilo normální oddělení prvků během procesu extrakce.
Při první extrakci (30% roztok TBP v petroleji ) jsou do organické fáze extrahovány U, Pu, Np, aktinidy Am , Cm a řada fragmentových prvků ( REE , Ru , Zr , Nb atd.) . Pro zvýšení koeficientu čištění uranu a plutonia od nečistot se organická fáze promyje roztoky kyseliny dusičné a dusičnanu amonného : v tomto případě U a Pu zůstávají v organické fázi a významná část fragmentačních prvků přechází do rafinát.
V procesu zpětné extrakce se U a Pu oddělí. Separační zařízení se skládá ze dvou zón: separační zóny a zóny pro praní plutonia ze zachyceného uranu. Soli železa (II) nebo uranu (IV) se používají jako redukční činidlo při stripování. Výsledný reextrakt Pu +3 obsahuje značné množství uranu. Promývání reextraktu se provádí ve druhé zóně aparatury proudem čerstvého extraktantu (jeho spotřeba je do 20 % z celkového objemu organické fáze). V důsledku toho zbytková koncentrace U v reextraktu plutonia obvykle nepřesahuje 10–20 mg/l.
Úkolem druhého (a v některých schématech i třetího) extrakčního cyklu je další čištění U od štěpných produktů a zbytkového plutonia (až 10 mg Pu na 1 kg U). Režim druhého cyklu extrakce - praní - reextrakce plutonia je podobný režimu prvního cyklu. V průběhu reextrakce se U navíc čistí od fragmentačních prvků, Np a stop plutonia. V závislosti na konkrétním schématu zpracování je možné znovu extrahovat nejprve uran, poté fragmentační prvky a naopak. Roztok dusičnanu uranylu po druhém extrakčním cyklu obsahující 80 g/l uranu je odeslán k odpaření a denitraci, aby se následně získal oxid uraničitý .
Po oddělení plutonia od hlavní hmoty uranu v prvním extrakčním cyklu se v rafinačním stupni provádí jeho další čištění . Rafinací se získá koncentrovaný roztok plutonia (až 100 g/l), ze kterého se následně získá čistý oxid plutonia .
Neptunium s těmito schématy zpracování se koncentruje do dvou proudů (s uranem a plutoniem) a dále se odděluje ve fázi rafinace.
| Operace | Ru + Rh | Zr + Nb | REE | Čs | Coeff. čištění celkovou γ-aktivitou |
|---|---|---|---|---|---|
| U | 9⋅10 7 | 6,5⋅10 6 | 2⋅10 8 | 5⋅10 8 | 7,5⋅10 7 |
| Pu | 10 8 | 6.2⋅10 6 | 10 10 | 5⋅10 10 | 10 8 |
| Np | - | - | - | - | 10 9 |
Při hloubce vyhoření paliva až 30 MW den/kg a době chlazení 2–3 roky je aktivita počátečního vodného roztoku vstupujícího do prvního extrakčního cyklu 100–250 Ci /l. Během jednoho extrakčního cyklu dostane organická fáze dávku ozáření ~10³ Gy a objeví se v ní znatelné množství produktů radiolýzy (až 150 mg/l DBP atd.). Aby se účinnost extrakčního zpracování nezhoršila, organická fáze se promyje alkálií nebo roztokem sody (20% roztok Na2C03 ) .