В ходе реализации проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 31 октября 2014 г. № 14.607.21.0084 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на тему «Разработка научно-технических решений пироэлектрохимической переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в замкнутом топливном цикле (ЗЯТЦ) ядерных энергетических установок с использованием расплавленных солей» в период с 01.07.2015 г. по 31.12.2015 г. (этап № 3 «Исследование электрохимических свойств галогенидных расплавов») выполнялись следующие работы:
- Изготовление экспериментального образца установки для диагностирования электрохимических процессов в галогенидных расплавах.
- Разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментального образца установки для диагностирования электрохимических процессов в галогенидных расплавах.
- Разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов солевых композиций на основе хлоридов лития и калия (3LiCl-2KCl), содержащих хлориды урана и РЗМ, по измерению электропроводности.
- Разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментального образца солевой композиции на основе хлоридов лития, калия и кадмия (3LiCl-2KCl-CdCl2) по кинетике взаимодействия нитридного ОЯТ с ее расплавом.
- Разработка программ и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов солевых композиций на основе хлоридов лития и калия (3LiCl-2KCl), содержащих хлориды урана и РЗМ, по определению стандартных потенциалов сплавов.
- Проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов солевых композиций на основе хлоридов лития и калия (3LiCl-2KCl), содержащих хлориды урана и РЗМ, по измерению электропроводности.
- Проведение исследовательских испытаний экспериментального образца солевой композиции на основе хлоридов лития, калия и кадмия (3LiCl-2KCl-CdCl2) по кинетике взаимодействия нитридного ОЯТ с ее расплавом.
- Проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов солевых композиций на основе хлоридов лития и калия (3LiCl-2KCl), содержащих хлориды урана и РЗМ, по определению стандартных потенциалов сплавов.
- Разработка рабочей конструкторской документации на изготовление опытной установки для проведения исследований процессов ЗЯТЦ.
- Изготовление опытной установки для проведения исследований процессов ЗЯТЦ.
- Разработка научно-технических решений по переработке отработавшего ядерного топлива в замкнутом топливном цикле ядерных энергетических установок.
Все работы, предусмотренные Планом-графиком и Техническим заданием выполняемого проекта, успешно выполнены.
При этом были получены следующие основные результаты:
- Результаты измерения удельной электропроводности изученных хлоридных расплавов показали, что при одной и той же температуре и мольной концентрации трихлоридов лантанидов и актинидов электропроводность их растворов в расплавленной эвтектической смеси хлоридов лития и калия, которые являются прототипами (имитаторами) реальных электролитических сред, участвующих в процессах пироэлектрохимической переработки ОЯТ, совпадает в пределах экспериментальной погрешности. В практическом плане эта закономерность позволяет предсказать электропроводность (омическое сопротивление) более сложных по составу расплавленных композиций, содержащих хлориды актинидов и лантанидов в технологически приемлемом концентрационном интервале. Подобная закономерность, свойственная температурам кристаллизации подобных солевых смесей, дает возможность контролировать этот важный технологический параметр в процессе электрохимической переработки ОЯТ, во время которого меняется состав расплавленного солевого электролита. По результатам исследований опубликована статья «Electrical conductivity of quasi-binary (LiCl-KCl) – CdCl2 melts» (A. Salyulev, A. Potapov, V. Shishkin, V. Khokhlov) / Electrochimica Acta 182 (2015) 821-826;
- Полученные сведения о взаимодействии модельного нитридного топлива с хлоридным расплавом, содержащим дихлорид кадмия, свидетельствуют о малой скорости реакции:
3CdCl2(распл.) + 2MN(тв.) = 2MCl3(распл.) + 3Cd(ж.) + N2(г.),
что может быть связано с замедленностью отвода ее продуктов от поверхности модельного нитридного ОЯТ из-за возникновения «застойных зон» внутри тигля, в котором он помещен, или в результате ее блокировки продуктами побочных реакций, не взаимодействующими с дихлоридом кадмия;
- Полученные в настоящей работе результаты по потенциалам сплавов лантана, неодима и урана с жидкометаллическими катодными материалами однозначно свидетельствуют о перспективности разработки технологических процессов переработки отработавшего ядерного топлива методами пироэлектрохимических технологий в галогенидных расплавах с использованием биметаллических расплавов на основе галлия. По результатам исследований опубликована статья «Thermodynamic properties of La-Ga-Al and U-Ga-Al alloys and the separation factor of U/La couple in the molten salt-liquid metal system» ( Novoselova, V. Smolenski, V.A. Volkovich, A.B. Ivanov, A. Osipenko, T.R. Griffiths) / Journal of Nuclear Materials 466 (2015) 373-378;
- Изготовленные на этом этапе экспериментальный образец установки для диагностирования электрохимических процессов в галогенидных расплавах и опытная установка для исследования процессов ЗЯТЦ помогут в предстоящем 2016 году проверить разработанные по результатам выполненных к настоящему времени решения и рекомендации по переработке отработавшего ядерного топлива в замкнутом топливном цикле ядерных энергетических установок в приближенных к реальным условиям, в том числе базовые вопросы, связанные с подготовкой электролита из нитридного ОЯТ, особенностями анодных и катодных реакций, моделированием тепловых и электрических полей в работающем электролизере.
Зарегистрирована заявка на изобретение № 615111010016 от 10.11.2015 «Способ переработки нитридного отработавшего ядерного топлива или его компонентов в солевых расплавах».
Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом
