اليورانيوم المعاد معالجته

اليورانيوم المُعاد معالجته ( RepU ) هو اليورانيوم المستخلص من عمليات إعادة معالجة الوقود النووي ، كما هو الحال في العمليات التجارية في فرنسا والمملكة المتحدة واليابان، وفي برامج إنتاج البلوتونيوم العسكرية للدول الحائزة للأسلحة النووية . ويشكل هذا اليورانيوم الجزء الأكبر من المواد المفصولة أثناء عملية إعادة المعالجة.

يحتوي الوقود النووي المستهلك في مفاعلات الماء الخفيف التجارية (باستثناء الغلاف ) على ما لا يزيد عن 4% من البلوتونيوم ، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من الأكتينيدات ونواتج الانشطار . وعلى الرغم من احتوائه في كثير من الأحيان على مواد انشطارية أكثر من اليورانيوم الطبيعي ، إلا أن إعادة استخدام اليورانيوم المُعاد معالجته لم تكن شائعة بسبب انخفاض أسعار اليورانيوم في السوق خلال العقود الأخيرة، ولأنه يحتوي على نظائر غير مرغوب فيها من اليورانيوم .

مع ارتفاع أسعار اليورانيوم بشكل كافٍ، يصبح من الممكن إعادة تخصيب اليورانيوم المُعالَج وإعادة استخدامه. ويتطلب ذلك مستوى تخصيب أعلى من اليورانيوم الطبيعي لتعويض ارتفاع مستويات نظير اليورانيوم ^-236 فيه ، وهو نظير أخف من نظير اليورانيوم ^-238 ، وبالتالي يتركز في المنتج المُخصَّب. ^{[ 3 ]} وبما أن التخصيب يُركِّز النظائر الأخف في الجانب "المُخصَّب" والنظائر الأثقل في الجانب "المُستنفد"، فإن نظير اليورانيوم ^-234سوف تزداد قيمة U حتماً بشكل طفيف عن ²³⁵U ، وهو تأثير ضئيل في دورة الوقود أحادية المرور بسبب انخفاض نسبة ²³⁴ (55 جزءًا في المليون ).قد يصبح اليورانيوم في اليورانيوم الطبيعي ذا أهمية بعد مروره بدورة تخصيب-احتراق-إعادة معالجة-تخصيب متتالية، وذلك تبعاً لخصائص التخصيب والاحتراق. ²³⁴يمتص اليورانيوم بسهولة النيوترونات الحرارية ويتحول إلى نظير اليورانيوم ^{235 القابل للانشطار}يجب أخذ U في الاعتبار إذا وصلت إلى نسب كبيرة من مادة الوقود. إذا كان ²³⁵عند تفاعل اليورانيوم مع نيوترون سريع ، توجد احتمالية لحدوث تفاعل (ن،2ن) "إقصاء". اعتمادًا على خصائص المفاعل ونسبة الاحتراق ، يمكن أن يكون هذا مصدرًا أكبر للنظير ^234.يُستخدم اليورانيوم في الوقود المستهلك أكثر من تخصيبه. إذا دخلت مفاعلات التوليد السريع حيز الاستخدام التجاري على نطاق واسع، فسيكون اليورانيوم المعاد معالجته، مثل اليورانيوم المستنفد ، قابلاً للاستخدام في أغطية التوليد الخاصة بها .

أُجريت بعض الدراسات حول استخدام اليورانيوم المُعاد معالجته في مفاعلات كاندو . صُممت مفاعلات كاندو لاستخدام اليورانيوم الطبيعي كوقود؛ وعادةً ما يكون محتوى اليورانيوم ^{-235 المتبقي في وقود مفاعلات الماء المضغوط/الماء المغلي المستهلك أعلى من محتواه في اليورانيوم الطبيعي، والذي يبلغ حوالي 0.72% من اليورانيوم -235} ، مما يسمح بتجاوز مرحلة إعادة التخصيب. كما شملت اختبارات دورة الوقود دورة دوبيك (الاستخدام المباشر لوقود مفاعلات الماء المضغوط المستهلك في مفاعلات كاندو)، حيث يُعبأ الوقود المستهلك من مفاعل الماء المضغوط في حزمة وقود كاندو مع إعادة معالجة فيزيائية فقط (تقطيعه إلى أجزاء) دون إعادة معالجة كيميائية. ^{[ 4 ]} ويؤدي فتح الغلاف حتمًا إلى إطلاق نواتج انشطار متطايرة مثل الزينون والتريتيوم والكريبتون -85 . تستخدم بعض الاختلافات في دورة وقود DUPIC هذا الأمر عن قصد من خلال تضمين خطوة الأكسدة المتطايرة حيث يتم تسخين الوقود لطرد منتجات الانشطار شبه المتطايرة أو إخضاعه لدورة واحدة أو أكثر من دورات الاختزال / الأكسدة لتحويل الأكاسيد غير المتطايرة إلى عناصر أصلية متطايرة والعكس صحيح.

تم إثبات الاستخدام المباشر لليورانيوم المُستعاد كوقود لمفاعل كاندو لأول مرة في محطة تشينشان للطاقة النووية في الصين. ^{[ 5 ]} وكان أول استخدام لليورانيوم المُعاد تخصيبه في مفاعل الماء الخفيف التجاري عام 1994 في محطة كرواس للطاقة النووية في فرنسا. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

في عام 2020، امتلكت فرنسا، إحدى الدول ذات أكبر قدرة على إعادة معالجة اليورانيوم، مخزونًا قدره 40,020 طنًا (39,390 طنًا إنجليزيًا؛ 44,110 أطنان أمريكية) من اليورانيوم المعاد معالجته، مقارنةً بـ 24,100 طن (23,700 طنًا إنجليزيًا؛ 26,600 طنًا أمريكيًا) في عام 2010. ^{[ 8 ]} وتقوم فرنسا سنويًا بمعالجة 1,100 طن (1,100 طن إنجليزي؛ 1,200 طن أمريكي) من الوقود المستهلك لإنتاج 11 طنًا (11 طنًا إنجليزيًا؛ 12 طنًا أمريكيًا) من البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات (للمعالجة الفورية لإنتاج وقود MOX )، و 1,045 طنًا (1,028 طنًا إنجليزيًا؛ 1,152 طنًا أمريكيًا) من اليورانيوم المعاد معالجته، والذي يُخزّن معظمه. وتوجد ترتيبات لتخزين هذا اليورانيوم المعاد معالجته لمدة تصل إلى 250 عامًا لاستخدامه المحتمل في المستقبل. ^{[ 9 ]} بالنظر إلى قدرات فرنسا المحلية في تخصيب اليورانيوم، فإن هذا المخزون يشكل احتياطياً استراتيجياً في حالة حدوث اضطراب كبير في إمدادات اليورانيوم حيث أن فرنسا لا تمتلك تعدين اليورانيوم محلياً .

أساس التكلفة المتقدم لدورة الوقود - مختبر أيداهو الوطني

• الوحدة K2: تحويل اليورانيوم المعاد معالجته مائياً والتخلص منه
• الوحدة K3: تحويل اليورانيوم المعاد معالجته بالمعالجة الكيميائية الحرارية/المعالجة الحرارية المعدنية والتخلص منه