乏燃料干法后处理中铀电沉积行为模拟研究

基于多物理场耦合软件COMSOL，在LiCl-KCl熔盐体系中建立以电解槽为阳极、双石墨棒为阴极的氯化铀电沉积行为三维数值模型。通过研究熔盐中铀离子的运动情况以及对阴极几何形状的实时计算，得到了铀电沉积的沉积层厚度随时间的变化情况，得到了铀离子阴极沉积行为与阴极表面的位置、熔盐铀离子浓度、反应温度、平均电流密度之间的关系。研究中，还将模拟结果与氯化铀熔盐电解实验数据进行对比，计算与实验结果拟合良好，证明铀电沉积行为模拟的可靠性，模拟结果可为乏燃料干法后处理中铀的提取提供设计参考。      

电沉积法制备镅、钚和镎的α源

以０．１ｍｏｌ／Ｌ硫酸铵为电沉积液，在铁阳极与不锈钢阴极之间施加约１５Ｖ直流电压，控制电流密度为０．６５Ａ／ｃｍ＾２，沉积４０ｍｉｎ，镅、钚和镎可以定量地沉积在阴极上，其收率均≥９８％。探讨了１８种有代表性的共存物对电沉积率的影响，结果表明，多数阳离子（碱金属、碱土金属除外）影响电沉积率或分辨率；少量ＮＯ＾－３、Ｃｌ＾－、磷酸三丁酯（ＴＢＰ）、三烷基氧（ＴＲＰＯ）、煤油或草酸不影响沉积结果。当电解     

酸性氯化铵介质中镅、锔的电沉积

本文描述了氯化铵-盐酸介质中镅、锔电沉积的行为。提出镅、锔电沉积制源的程序。电解波为3 N NH_4Cl溶液,pH 3～6,以不锈钢做阴极材料,电流密度为1.3 A/cm~2,电沉积1小时,镅、锔的回收率均在98%以上。十次平行镀源实验α测量的相对偏差为±2.1%。     

影响CaCl2-NaCl熔盐电脱氧法制备金属Zr的工艺条件

将氧化物转化为金属是熔盐电解精炼干法后处理氧化物乏燃料流程的关键步骤之一。在等摩尔CaCl₂-NaCl混合熔盐体系中,以石墨棒为阳极,采用高温烧结后的ZrO₂模拟UO₂开展了电脱氧制备金属Zr的FFC剑桥工艺条件优化。研究了工艺条件（槽电压、电解时间、烧结温度和电解温度等）对电脱氧制备Zr的影响。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分别分析了电解前后ZrO₂阴极的微观结构和物相组成。优化后的工艺条件为：电压3.4 V、电解时间12 h、烧结温度900 ℃和电解温度722 ℃。同时,研究结果表明, ZrO₂电脱氧还原为Zr时,存在中间产物CaZrO₃和ZrO。     

90Y电沉积的实验研究

研究了用电沉积方法从90Sr母液中分离医用90Y的工艺条件。以0.1 mol/L pH 2.5的(NH4)2SO4溶液为电沉积底液，以铂为阳极，铂或不锈钢为阴极，控制阴极电流密度0.5A/cm2，电沉积50min，90Y在阴极沉积率大于95%。阴极上的90Y用0.1~0.5mol/L的热硝酸洗脱后再次电沉积。二次电沉积后90Y/Sr90的分离系数大于8×105，洗脱收率大于70%。铂丝阴极上的90Y可用200~400μL 0.1~0.5mol/L的热硝酸洗脱，制成用于标记药物的90Y溶液；沉积有90Y的不锈钢阴极经热处理后，制成心血管放射性支架或医用敷帖片，其90Y的日浸出率分别小于1%和0.1%。残液中的90Sr经放置一段时间（20天）后，可用来再次分离90Y。     

干法后处理熔盐电解精炼过程数学模型研究

熔盐电解精炼是乏燃料干法后处理的核心工艺单元,通过数学模型探索高温熔盐电解精炼过程的化学与电化学变化,可为电解精炼工艺优化和设备设计提供参考依据。本文基于电化学热力学及物质传递公式建立了乏燃料熔盐电解精炼过程的数学模型,以铀钚锆三元合金燃料为研究对象,计算了燃料中关键元素的电极电势、分电流及物料分布随时间的变化。采用向后差分法对物料分布变化方程进行离散,通过文献实验数据对建立的数学模型进行了准确性验证。结果表明,模拟计算所得阴极沉积铀产品与实验数据的相对误差为2.80%,所建数学模型具有较好的拟合性。同时采用所建模型模拟计算了电流强度对乏燃料电解精炼过程的影响,结果表明电解速率与电流强度呈正比,不改变钚铀锆的溶解和沉积顺序。     

在NH4F介质中电沉积^233Pa源

介绍了在ＮＨ４Ｆ介质中制备薄而均匀的＾２３３Ｐａ镀层的实验方法。对＾２３３Ｐａ电沉积的主要影响因素（电流密度、搅拌速度、电镀时间和溶液的ｐＨ等）进行了实验，得到了在不锈钢片上电沉积厚度为１ｍｇ／ｃｍ＾２的＾２８３Ｐａ源。同时观察了用不同阴极材料对电沉积＾２３３Ｐａ源厚度及电沉积效率的影响，提出了在不锈钢片上制备＾２３３Ｐａ源的工艺流程。     

脉冲分子镀制备铀靶方法研究

采用脉冲电沉积方法, 以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)体系为电镀介质,研究了电极距离、溶剂DMF的体积、沉积时间、铀的质量浓度、阴极材料等对镀层性能和铀沉积率的影响,得到在DMF中脉冲分子镀铀的最佳条件, 制备得到的靶面平整、牢固.用扫描电镜分析了铀靶的形貌和组成,采用测厚仪分析了铀靶厚度的均匀性.结果表明,在脉冲电沉积中,铀是非均匀沉积,靶面密度为0.2～2.0 mg/cm2.     

Ti-Pt-Ca(OD)2体系的电解量热实验研究

利用自行研制的开放式大功率电解数据采集装置对由板状钛阴极,网状铂阳极和重水碱溶液组成的体系进行了一系列重复性的电解量热实验。测定了在100℃和70℃时,Ti—Pt—D2O体系的发热量变化和Ti阴极的晶体结构。实验结果与文献值比较显示,系统的“过热”量、“过热”效率和“过热”起始时间主要取决于电解液温度,同时与电解周期、阴极的形状、表面积等因素也有关。结果表明,在沸点附近通过电解重水产生可测、可靠和可重复的“过热”现象不一定需要很长时间。对电解产物的X射线衍射(XRD)分析肯定了电解前属六方晶系的α—Ti大部分转变成立方晶系的β-TiD2,并检测到了新的元素成份。在实验中没有观测到“滞后发热”现象。     

水溶液中Np、Pu、Am和Cm同时电沉积制备α测量源

为制备高分辨率Np、Pu、Am和Cm的α混合测量源,研究了电沉积液介质浓度、pH值、电流密度、电沉积时间等条件对电沉积效率及沉积源质量的影响。结果表明,在pH为2.0~2.5的0.2mol/L硫酸铵介质中,电流密度为0.40~0.50A/cm2,室温条件下电沉积60min,~(237)Np、~(238)Pu、~(243)Am和~(244)Cm在阴极不锈钢片上的电沉积效率均大于96%,制备的α测量源能量分辨率较好。     

内电解法分离纯化~(210)Po的研究

本文介绍了毫居级、居里级和17.5居里~(210)Po的内电解实验结果。测定了不同盐酸浓度,不同氯化铋浓度下~(210)Po的析出速度和阴极电位与电解时间关系;用最小二乘法处理实验数据计算出各种情况下反应速度常数k值并对两种内电解装置做了评价。     

氡核素阴极电沉积的形迹

用氟化氢微酸化了的乙醇溶液中~(222)Rn和它的子体的电沉积实验证明了~(222)Rn的阴极沉积,发现硅酸盐离子对于产生氡沉积是必不可少的。     

裂变电离室用铀电镀片的制备

正电沉积法制备铀电镀片用于裂变电离室,具有溶液体积小、操作时间短和放射性废液少等优点。本文主要介绍了电极涂镀工艺的相关研究,包括实验装置设计、实验条件的选择等。电镀槽由石英制成,电镀阳极为盘成旋涡状的铂丝,电镀阴极为不锈钢电镀片,半径约为30mm。电沉积过程中,将电镀槽放在水箱里进行水浴加热,使得电沉积过程中温度保持一定。实验装置如图1所示。     

沉积TiB_2薄膜的电极真空绝缘性能实验研究

利用由一定结构的球面 (阴极 ) 平板 (阳极 )组成的真空间隙 ,模拟特种电真空器件中电极间的微放电过程。用离子束辅助沉积 (IBAD)法 ,在阴极球面上沉积出高结合强度的晶化TiB2 薄膜。实验证明 :在高达 10 0 0℃的温度下 ,相比不锈钢材料 ,薄膜表面几乎不被氧化 ;在单次脉冲高压作用下和在经受数百次高能微粒子轰击后 ,仍呈现出弱放电特征 ,既提高了耐压能力 ,又降低了脉冲电源的动态负载     

草酸-硝酸体系中铀、镎、钚、镅、锔的同时电沉积

本文叙述了五种锕系核素同时电沉积的方法。本方法采用8ml 草酸-硝酸(含有20mg 硝酸钠)的电解液体系,加入1∶6氨水,调节 pH 值为1—2。以铂棒(φ2mm)作阳极,不锈钢片作阴极,电极间距为4mm,阴极电流密度为630—700mA/cm~2,电沉积90min。~(233)u、~(237)Np、~(239)Pu、~(241)Am 和~(242)Cm 的痕量混合物(或单个)同时电沉积,电沉积回收率为99%;精密度为±1%;镀层牢固。在Si(Au)面垒α谱仪上测得的分辨率,对~(241)Am 是34keV。并研究了 Fe~(3 )、Al~(3 )、Ca~(2 )、Mg~(2 )对电沉积的干扰。     

沉积TiB2薄膜的电极真空绝缘性能实验研究

利用由一定结构的球面（阴极）－平板（阳极）组成的真空间隙，模拟特种电真空器件中电极间的微放电过程。用离子束辅助沉积（IBAD）法，在阴极球面上沉积出高结合强度的晶化TiB2薄膜。实验证明：在高达1000℃的温度下，相比不锈钢材料，薄膜表面几乎不被氧化；在单次脉冲高压作用下和经受数百次高能微粒子轰击后，仍呈现出弱放电特征，既提高了耐压能力，又降低了脉冲电源的动态负载。     

稀土氧化物Gd2O3、Nd2O3、Sm2O3和Dy2O3在KCl-LiCl-Li2O熔盐中的电解

采用循环伏安法和计时电位法研究了Li₂O在KCl-LiCl熔盐中的电化学行为,并利用卷积伏安法计算了923 K下O₂^-在KCl-LiCl熔盐中的扩散系数（D),得到D=0.5×10^-5 cm²/s。以Gd₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃和Dy₂O₃为阴极,在KCl-LiCl-Li₂O(w=1%)熔盐中进行电解（恒电压3.40 V、电解温度923 K、电解时间25 h）。通过X射线衍射分析(XRD),证实稀土氧化物被部分还原为金属,并分析了电解过程中可能发生的反应。同时利用PRS模型（该模型可将固态阴极内离子的极限扩散速率与固态氧化物孔隙P、金属/氧化物摩尔体积R、阴极还原后的体积收缩率S等参数关联）分析了这些稀土氧化物的电解还原模型,得到Gd₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃和Dy₂O₃的最优孔隙率分别为18.7%、24.2%、30.6%、16.7%,最短电解时间分别为133、157、143、119 h,将这些结果与电解实验结果进行对比,发现阴极的孔隙率和电解时间均不满足金属氧化物完全被还原的要求,并给出了相应的解释。     

LiCl-KCl-GaCl_(3)熔盐体系共沉积提取Sm的电化学北大核心CSCD

采用循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)和开路计时电位法(OCP)等方法研究了LiCl-KCl熔盐中SmCl_(3)、GaCl_(3)和SmCl_(3)-GaCl_(3)在Mo阴极上的电化学行为。SmCl_(3)在Mo阴极上的电化学研究结果表明,Sm^(3+)在LiCl-KCl熔盐体系中发生单电子转移反应,仅能还原为Sm^(2+);并计算了不同温度下Sm^(3+)的扩散系数和Sm^(3+)/Sm^(2+)电对的表观标准电位。SmCl_(3)与GaCl_(3)共沉积电化学分析结果表明,Sm^(3+)还原为Sm^(2+)后,可与Ga形成SmGa_(x)合金化合物。X射线衍射和扫描电子显微镜与能谱分析(SEM-EDS)表明-1.600 V恒电位电解LiCl-KCl-SmCl_(3)-GaCl_(3)可得到SmGa_(2)合金。以上研究表明,加入GaCl_(3)可从LiCl-KCl-SmCl_(3)熔盐体系中有效提取Sm。     

俄罗斯氧化物乏燃料电沉积流程研究进展

高温熔盐干法后处理以熔盐作为电解质,通过电解精炼和电沉积回收核燃料中的铀和钚。目前,俄罗斯、美国、日本、韩国和欧盟等国均在积极发展乏燃料高温熔盐干法后处理技术的研究,其中俄罗斯的金属氧化物核燃料电沉积流程是经典的流程之一。本文对俄罗斯原子反应堆研究所(Research Institute of Atomic Reactors, RIAR)发展的氧化物乏燃料高温熔盐电沉积干法后处理的发展现状、流程及特点进行了综述。     

金属管道内壁的电解去污试验

为了解决不锈钢管道内壁的去污问题,开展了金属管道内壁电解去污试验装置的研制。试验装置由阳极转动系统、阴极移动系统、电解液循环系统、试验阳极、试验阴极等组成,电解液的主要成分为20%(wt)NaNO_3溶液。试验结果表明,本装置运行平稳,操作简单,各项指标基本达到设计要求。