乏燃料后處理是核燃料循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是制約核電可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。借助于加速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)大的外源中子，可將除去部分裂變產(chǎn)物的乏燃料制備成再生核燃料進(jìn)行燃燒和增值。利用高溫氧化揮發(fā)技術(shù)可將乏燃料中的揮發(fā)性裂變產(chǎn)物分離除去，而裂變產(chǎn)物中的稀土元素一般具有較大的中子吸收截面，被稱為中子毒物，嚴(yán)重影響次錒系元素的嬗變，必須有效分離除去。而鑭系和錒系元素的化學(xué)性質(zhì)非常相近，它們彼此之間的分離一直是乏燃料后處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。
中科院近代物理研究所嬗變化學(xué)研究室與清華大學(xué)合作，采用綠色環(huán)保的酸性功能化離子液體[Hbet][Tf2N]作為分離介質(zhì)，發(fā)展了一種選擇性溶解分離的簡(jiǎn)單后處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的乏燃料后處理思路不同，不采用濃酸對(duì)乏燃料進(jìn)行完全溶解，只將中子毒物等裂變產(chǎn)物通過(guò)選擇性溶解有效分離除去，實(shí)現(xiàn)了可再次循環(huán)使用的錒系元素鈾、钚、镎和镅的組分離。并通過(guò)理論計(jì)算，提出金屬氧化物溶解性能與其本身的晶格能有一定的關(guān)聯(lián)，從而揭示了金屬氧化物的溶解本質(zhì)。圖1是選擇性溶解分離流程的示意圖以及金屬化合物溶解本質(zhì)與金屬氧化物晶格能的關(guān)聯(lián)。
這種方法避免了傳統(tǒng)乏燃料溶解過(guò)程所產(chǎn)生的大量強(qiáng)酸高放廢液，減少了放射性對(duì)環(huán)境的污染，減少核廢物總量，工藝流程簡(jiǎn)單。這一研究為乏燃料后處理提供了一種簡(jiǎn)單高效地分離中子毒物等裂變產(chǎn)物的途徑，將有助于解決乏燃料后處理過(guò)程中鑭錒分離的難題，可拓寬乏燃料后處理的研究方法，有望改善我國(guó)乏燃料后處理的關(guān)鍵工藝流程，為我國(guó)實(shí)施先進(jìn)燃料閉式循環(huán)進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。
