[发明专利]使用特定有机配体混合物制备基于包括铀和钚的氧化物的粉末的方法以及使用该粉末制造基于铀和钚的燃料

说明书

本发明涉及制备基于包括铀和钚的氧化物的粉末的方法，其包括如下步骤：a)通过将包括氧化态为VI的铀和氧化态为IV的钚的溶液与包括草酸和N‑环己基吡咯烷酮的混合物接触，使所述溶液沉淀的步骤；b)分离a)中获得的沉淀物的步骤；c)通过热处理沉淀物获得所述粉末的步骤。本发明还涉及使用如此制备的粉末制造核燃料的方法。

技术领域

本发明涉及制备包括基于铀和钚的氧化物的粉末的方法，该粉末可以用于设计基于铀和钚、更特别的是基于铀和钚的固溶体的混合核燃料，这些燃料名称命名为MOX，可以对应于分子式U_1-xPu_xO_2±δ，其中0x1且0≤δ≤0.1，x对应于摩尔比(Pu/U+Pu)，δ对应于氧的过量化学计量(sur-stoechiométrie)。

背景技术

MOX燃料的不同组分可以取决于在其中使用燃料的反应堆的功能。因此，对REP型的第三代反应堆(REP是用于表示压水反应堆的缩写)，使用的MOX燃料一般包括含量为8％的钚原子、92％的铀原子，而对RNR型的第四代反应堆(RNR是用于表示快中子反应堆的缩写)，使用的MOX燃料一般而言钚的含量要高得多，因为它可以到达约30％的原子。为了在将来面对天然铀资源下降，但又需要提高具有这种钚含量的MOX燃料的生产产率，这种高比例钚是第四代反应堆的工业方法。

目前，MOX燃料的制备是在乏燃料的循环利用的范围中，它首先提出使乏燃料溶解在酸溶液(特别是硝酸)中的步骤，随后是要使用的MOX燃料芯块的成型步骤和制造步骤上游的多个步骤。更具体地说，自乏燃料分解产生的铀和钚的流，通过实施以下主要操作分离的固体制备前体：

-流中存在的铀和钚的定量草酸共沉淀操作；

-液/固分离操作，以便分离铀和钚的草酸沉淀；以及

-热处理操作，以便使沉淀物转化为铀和钚的氧化物的分离固体，然后如Coordination Chemistry Reviews，1，2014年，第266-267页中所描述的将其用于制造MOX燃料的芯块。

如果说采用这类前体合成方法适用于制造旨在在REP第三代反应堆中使用的MOX燃料，那么为了达到更好的制造产率(特别是在掺入钚的方面)，还需要进行很大的改进，以便用于制造用于第四代反应堆的MOX燃料。

此外，在用于第四代反应堆的MOX燃料的设计观点中，合成方法首先应解决越来越重要的材料流尤其是钚流的管理。因此，例如如果选择产生400Twh/年的反应堆料场，从第三代反应堆过渡到第四代反应堆意味着处理大约10倍的钚流。因此，开发的方法应量化，并且如果可能，是连续的，且尽可能是直接的，其中步骤数量有限且反应历程短。

其次，合成方法应在应用化学(例如，关于锕系元素的浓度、同位素、所用溶液的酸度、杂质含量)以及获得的最终产物(例如，关于化学成分、粒度、比表面积、附聚率、密度、杂质含量)方面具有很大的灵活性，以允许确保第三代和第四代反应堆之间的逐步过渡，并确保上游的提取/提纯步骤和下游的成型/增浓步骤之间的联系。

另外，这些方法在允许获得最适于以芯块的形式成型的前体的同时，应限制预先成型的步骤，例如粒化步骤、分解步骤、调节比面积步骤。最后，这些方法应对于在提取/提纯循环结束后存在于铀和钚溶液中可能残留的杂质(例如，裂变产物、镧系产物)带来额外的消除放射性污染的元素，且优选地不扩散，始终伴随铀流和钚流。

如上面指出的，当前制备混合燃料的方法主要基于铀和钚的草酸盐的化学反应，而该反应涉及到在热转化步骤之前实施的多个不利于产率的步骤，如用于回收草酸盐沉淀的固/液分离步骤，甚至其它步骤，如溶液中锕系元素氧化还原调节步骤(涉及使用联氨将U^+VI还原为U^+IV以及将Pu^+IV还原为Pu^+III)和浓缩步骤。