ความผันผวนของฟลูออไรด์
ความระเหยของฟลูออไรด์คือแนวโน้มของโมเลกุลที่มีฟลูออรีน สูง ที่จะระเหยกลายเป็น ไอ ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำเฮปตาฟลูออไรด์เฮกซาฟลูออไรด์และเพนตาฟลูออไรด์ มีจุดเดือดต่ำกว่า ฟลู ออไรด์ที่มีวาเลนซ์ ต่ำกว่ามากไดฟลูออไรด์และไตรฟลูออไรด์ ส่วน ใหญ่มีจุดเดือดสูง ในขณะที่เตตระฟลูออไรด์และโมโนฟลูออไรด์ ส่วนใหญ่ มีจุดเดือดอยู่ระหว่างกลาง คำว่า "ความระเหยของฟลูออไรด์" เป็นศัพท์เฉพาะที่ใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของการแยกสารกัมมันตรังสี
ความผันผวนและค่าคงที่

ค่าเวเลนซ์ของธาตุส่วนใหญ่จะอ้างอิงจากค่าฟลูออไรด์สูงสุดที่ทราบ อย่างไรก็ตาม ธาตุที่มีค่าเวเลนซ์สูงมักจะมีสถานะออกซิเดชันสูงกว่าในสารประกอบที่มีออกซิเจนมากกว่าฟลูออรีน
โดยคร่าวๆ แล้ว ความสามารถในการระเหยของฟลูออไรด์สามารถใช้ในการกำจัดธาตุที่มีวาเลนซ์ 5 หรือมากกว่า ได้แก่ยูเรเนียมเนปทูเนียมพลูโทเนียมโลหะกึ่งโลหะ(เทลลูเรียมแอนติโมนี ) อโลหะ(ซีลีเนียม)ฮาโลเจน ( ไอโอดีนโบรมีน) และโลหะทรานซิชันกลาง ( ไนโอเบียมโมลิบเดนัมเทคนีเซียมรูทีเนียมและอาจรวมถึงโรเดียม)ส่วนประกอบนี้รวมถึงแอคติไนด์ที่สามารถนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน ได้ง่ายที่สุด และ ผลิตภัณฑ์ฟิสชันที่มีอายุยืนยาวสองชนิดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการกำจัดโดยการเปลี่ยนสภาพ ได้แก่Tc-99และI-129รวมถึงSe-79ด้วย
ก๊าซเฉื่อย ( ซีนอนคริปตอน ) ระเหยได้ง่ายแม้ไม่มีการเติมฟลูออไรด์ และจะไม่ควบแน่นยกเว้นที่อุณหภูมิต่ำกว่ามาก
โลหะ ที่เหลืออยู่ ได้แก่โลหะอัลคาไล ( ซีเซียมรูบิเดียม) โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ(สตรอนเทียมแบเรียม ) แลนทาน อยด์ แอคติไนด์ที่เหลือ( อเมริเซี ยมคูเรียม ) โลหะทรานซิชันที่เหลือ( อิตเทรียมเซอร์โคเนียมพัลลาเดียมเงิน)และโลหะหลังทรานซิชัน( ดีบุกอินเดียมแคดเมียม ) ส่วนประกอบนี้ประกอบด้วยผลิตภัณฑ์ฟิสชันที่เป็นอันตรายต่อรังสีในระยะเวลาหลายสิบปี ( Cs-137 , Sr-90 , Sm-151 ) ผลิตภัณฑ์ฟิสชันที่มีอายุยืนยาวอีกสี่ชนิด ได้แก่Cs-135 , Zr-93 , Pd-107 , Sn-126ซึ่งมีเพียงชนิดสุดท้ายเท่านั้นที่ปล่อยรังสีรุนแรง สารพิษนิวตรอนส่วนใหญ่และแอคติไนด์ระดับสูง (อะเมริเซียม คูเรียมแคลิฟอร์เนียม)ที่เป็นอันตรายต่อรังสีในระยะเวลาหลายร้อยหรือหลายพันปี และยากต่อการใช้งานเนื่องจากรังสีแกมมา แต่สามารถเกิดฟิสชันได้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วอะเมริเซียมใช้ในเครื่องตรวจจับควันแบบไอออนไนเซชันในขณะที่แคลิฟอร์เนียมใช้เป็นแหล่งกำเนิดนิวตรอนแบบฟิสชันโดยธรรมชาติคูเรียมมีประโยชน์จำกัดมากนอกเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แอคติไนด์ ที่สามารถเกิดปฏิกิริยาฟิชชันได้แต่ไม่สามารถเกิดฟิชชันได้เอง สามารถนำไปใช้หรือกำจัดทิ้งในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบกึ่งวิกฤตโดยใช้แหล่งกำเนิดนิวตรอนภายนอก เช่นระบบขับเคลื่อนด้วยเครื่องเร่งอนุภาค (Accelerator Driven System )
วิธีการแปรรูปซ้ำ
ยูเรเนียมออกไซด์ทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนเพื่อสร้างยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ใน รูปก๊าซ พลูโทเนียมส่วนใหญ่ทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างพลูโทเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ในรูปก๊าซ ผลิตภัณฑ์ฟิสชันส่วนใหญ่( โดยเฉพาะธาตุที่มีประจุบวก: แลนทานัมสตรอนเทียมแบเรียมอิตเทรียมซีเซียม) ก่อตัวเป็นฟลูออไรด์ที่ไม่ระเหย โลหะบางส่วนในผลิตภัณฑ์ฟิสชัน ( โลหะทรานซิชัน ได้แก่ไนโอเบียมรูทีเนียมเทคนีเซียมโมลิบเดนัมและ ไอโอดีนซึ่งเป็น ฮาโลเจน ) ก่อตัวเป็นฟลูออไรด์ที่ระเหยได้ (จุดเดือด <200 °C) ซึ่งมาพร้อมกับยูเรเนียมและพลูโทเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ พร้อมกับก๊าซเฉื่อยจาก นั้นจึงใช้ การกลั่นเพื่อแยกยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ออกจากส่วนผสม[ 1 ] [ 2 ]
ผลิตภัณฑ์ฟิสชันอัลคาไลน์ที่ไม่ระเหยและ ส่วนประกอบของ แอคติไนด์รองนั้นเหมาะสมที่สุดสำหรับการแปรรูปเพิ่มเติมด้วย กระบวนการ ทางเคมีไฟฟ้า แบบแห้ง ( ไพโรเคมี ) โดยไม่ใช้น้ำ ฟลูออไรด์ ของแลนทานัมละลายได้ยากในกรดไนตริกที่ใช้ในวิธีการแปรรูปแบบใช้น้ำ เช่นPUREX , DIAMEXและSANEXซึ่งใช้การสกัดด้วยตัวทำละลายการระเหยของฟลูออไรด์เป็นเพียงหนึ่งในหลายกระบวนการไพโรเคมีที่ออกแบบมาเพื่อแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว
สถาบันวิจัยนิวเคลียร์ Řež ที่Řežในสาธารณรัฐเช็กได้ทดสอบเครื่องจ่ายแบบสกรูที่ป้อนยูเรเนียมออกไซด์บด (จำลองเม็ดเชื้อเพลิงที่ใช้แล้ว) เข้าไปในเครื่องฟลูออริเนเตอร์ซึ่งอนุภาคจะถูกเผาในก๊าซฟลูออรีนเพื่อสร้างยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์[ 3 ]
ฮิตาชิได้พัฒนาเทคโนโลยีที่เรียกว่า FLUOREX ซึ่งรวมการระเหยของฟลูออไรด์เพื่อสกัดยูเรเนียมเข้ากับการสกัดด้วยตัวทำละลายแบบดั้งเดิม (PUREX) เพื่อสกัดพลูโทเนียมและธาตุทรานส์ยูเรเนียมอื่นๆ[ 4 ]วงจรเชื้อเพลิงที่ใช้ FLUOREX มีจุดประสงค์เพื่อใช้กับเครื่องปฏิกรณ์น้ำหน่วงการปลดปล่อยที่ลดลง[ 5 ]
ฟลูออไรด์บางชนิดละลายน้ำได้ ในขณะที่บางชนิดละลายน้ำไม่ได้ (ดูตารางการละลาย ) และสามารถแยกออกจากกันได้ในสารละลายในน้ำ อย่างไรก็ตาม กระบวนการในน้ำทั้งหมดที่เกิดขึ้นโดยไม่กำจัดทริเทียม (ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ทั่วไปของการแตกตัวของธาตุสาม องค์ประกอบ ) [ 6 ] [ 7 ] ออกไปอย่างสมบูรณ์ ก่อนที่จะเติมน้ำ จะทำให้เกิดการปนเปื้อนของน้ำด้วยน้ำที่มีทริเทียมซึ่งยากต่อการกำจัดออกจากน้ำ[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]ธาตุบางชนิดที่สร้างฟลูออไรด์ที่ละลายน้ำได้ จะสร้างคลอไรด์ที่ไม่ละลายน้ำ การเติมคลอไรด์ที่ละลายน้ำได้ที่เหมาะสม (เช่นโซเดียมคลอไรด์ ) จะ ทำให้แคตไอออนเหล่านั้น ตกตะกอนออกมาตัวอย่างหนึ่งคือซิลเวอร์ (I) ฟลูออไรด์ (ละลายน้ำได้) ซึ่งจะเกิดตะกอนซิลเวอร์คลอไรด์ เมื่อเติมคลอไรด์ที่ละลายน้ำได้
- AgF + NaCl → AgCl↓ + NaF
ฟลูออไรด์บางชนิดทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำและอาจก่อให้เกิดไฮโดรเจนฟลูออไรด์ ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง จำเป็นต้องคำนึงถึงเรื่องนี้หากจะใช้กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับน้ำที่มีฟลูออไรด์[ 11 ]
หากต้องการ สามารถใช้กระบวนการเติมแอนไอออนเพิ่มเติมอีกหลายขั้นตอนคล้ายกับกระบวนการde:Kationentrennungsgang เพื่อแยกแคตไอออนต่างๆ ออกสำหรับการกำจัด การแปรรูปเพิ่มเติม หรือการใช้งาน
ตารางคุณสมบัติที่เกี่ยวข้อง
| ฟลูออไรด์ | ซ | จุดเดือด °C | จุดหลอมเหลว °C | ครึ่งชีวิตที่สำคัญ | ผลผลิต |
|---|---|---|---|---|---|
| เอชเอฟ | 1 | 19.5 | −83.6 | T:12y | สารเคมีทั่วไป |
| บีเอฟ | 5 | −100.3 | −126.8 | ไม่มีอันไหนเกิน 0.8 วินาที | สารพิษนิวตรอนที่ใช้ในการควบคุม |
| เซเอฟ | 34 | −46.6 | −50.8 | 79 Se:327ky | 0.04% |
| TeF | 52 | −39 | −38 | 127ม. Te:109d | |
| ถ้า | 53 | 4.8 (1 บรรยากาศ) | 6.5 ( จุดสามจุด ) | 129 I:15.7my | 0.54% |
| โมเอฟ | 42 | 34 | 17.4 | 99เดือน: 2.75 วัน | |
| พูเอฟ | 94 | 62 | 52 | 239 Pu :24ky | |
| ทีซีเอฟ | 43 | 55.3 | 37.4 | 99 Tc :213ky | 6.1% |
| เอ็นพีเอฟ | 93 | 55.18 | 54.4 | 237 Np :2.14my | |
| ยูเอฟ | 92 | 56.5 (ย่อย) | 64.8 | 233 U :160ky | |
| รูเอฟ | 44 | 200 (ธ.ค.) | 54 | 106 Ru:374d | |
| RhF | 45 | 73.5 [ 12 ] | 70 | 103 Rh:เสถียร | |
| อ้างอิง | 75 | 73.72 | 48.3 | ไม่ใช่ FP | |
| BrF | 35 | 40.25 | −61.30 | 81 Br:เสถียร | |
| ถ้า | 53 | 97.85 | 9.43 | 129 I:15.7my | 0.54% |
| XeF | 54 | 114.25 ( ย่อย ) | 129.03 ( จุดสามจุด ) | ||
| SbF | 51 | 141 | 8.3 | 125 Sb:2.76y | |
| รูโอเอฟ | 44 | 184 | 115 | 106 Ru:374d | |
| รูเอฟ | 44 | 227 | 86.5 | 106 Ru:374d | |
| NbF | 41 | 234 | 79 | 95 Nb:35d | ต่ำ |
| พีดีเอฟ | 46 | 107 Pd:6.5my | |||
| SnF | 50 | 750 (ซับไลต์) | 705 | 121ม .1 Sn:44y 126 Sn:230ky | 0.013% ? |
| ZrF | 40 | 905 | 932 ( จุดสามทาง ) | 93 Zr:1.5my | 6.35% |
| เอจีเอฟ | 47 | 1159 | 435 | 109 Ag:เสถียร | |
| ซีเอสเอฟ | 55 | 1251 | 682 | 137 Cs :30.2y 135 Cs:2.3my | 6.19% 6.54% |
| ก่อน | 4 | 1327 | 552 | 10 Be:1.4my | |
| อาร์บีเอฟ | 37 | 1410 | 795 | ||
| ยูเอฟ | 92 | 1417 | 1036 | 233 U :160ky | |
| ฟลีบี | 1430 | 459 | มั่นคง | ||
| ฟลินาค | 1570 | 454 | มั่นคง | ||
| ลิฟ | 3 | 1676 | 848 | มั่นคง | |
| เคเอฟ | 19 | 1502 | 858 | 40 K:1.25Gy | |
| นาฟ | 11 | 1704 | 993 | มั่นคง | |
| ThF | 90 | 1680 | 1110 | ||
| ซีดีเอฟ | 48 | 1748 | 1110 | 113ม. Cd:14.1ปี | |
| วายเอฟ | 39 | 2230 | 1150 | 91 Y:58.51d | |
| อินเอฟ | 49 | >1200 | 1170 | ||
| บาเอฟ | 56 | 2260 | 1368 | 140 Ba:12.75d | |
| ทีบีเอฟ | 65 | 2280 | 1172 | ||
| จีดีเอฟ | 64 | 1231 | 159 Gd:18.5h | ||
| พีเอ็มเอฟ | 61 | 1338 | 147น.:2.62 ปี | ||
| ยูเอฟ | 63 | 2280 | 1390 | 155 Eu:4.76y | |
| NdF | 60 | 2300 | 1374 | 147นด:11ด | |
| พีอาร์เอฟ | 59 | 1395 | 143 Pr:13.57d | ||
| ซีเอฟ | 58 | 2327 | 1430 | 144 Ce:285d | |
| สมเอฟ | 62 | 2427 | 1306 | 151ม. :90 ปี | 0.419% ? |
| SrF | 38 | 2460 | 1477 | 90 Sr : 29.1y | 5.8% |
| ลาเอฟ | 57 | 1493 | 140 La:1.68d |
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
ลิงก์ภายนอก
- การศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการทางไฟฟ้าเคมีสำหรับการแยกแอกทิไนด์และแลนทานไนด์ในตัวกลางฟลูออไรด์หลอมเหลว ( PDF )
- "การแยกและการทำให้บริสุทธิ์ของ UF จากฟลูออไรด์ระเหยง่ายโดยวิธีการกลั่นแยก" (PDF)เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 13 มกราคม 2548
- การกลั่นด้วยความดันต่ำของส่วนหนึ่งของเกลือตัวนำเชื้อเพลิงจากการทดลองเครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว (PDF)
- การใช้กระบวนการระเหยของฟลูออไรด์เพื่อสกัดเทคนีเซียมจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วที่ผ่านการแปรสภาพ (PDF)
- รายงานการประเมินโดยผู้ทรงคุณวุฒิเกี่ยวกับกลยุทธ์ในการระบุลักษณะการปนเปื้อนของธาตุทรานส์ยูเรเนียมและเทคนีเซียมในกระบอกบรรจุกากยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ที่หมดสภาพแล้ว (PDF)
- ค่าคงที่ทางกายภาพของสารประกอบอนินทรีย์ (PDF)