Национальная лаборатория Ок-Ридж в США продвигает новый процесс для увеличения производства калифорния-252

Национальная лаборатория Ок-Ридж (ORNL), подведомственная Министерству энергетики США, продвигает новый процесс разделения калифорния-252 (Cf-252) в ответ на постоянно растущий рыночный спрос. По заявлению лаборатории, этот процесс, разрабатывавшийся почти десять лет, позволит сократить производственный цикл калифорния-252 примерно на неделю, значительно повысив эффективность переработки без изменения качества продукции.

Калифорний-252 — это радиоактивный изотоп, испускающий нейтроны, который используется для запуска ядерных реакторов, проверки топлива новых реакторов, а также в каротаже нефтяных скважин, анализе угля, обеспечении безопасности портов, сканировании топливных стержней и калибровке приборов. Национальная лаборатория Ок-Ридж сообщает, что она является единственным производителем калифорния-252 в западном мире. При финансовой поддержке Управления по разработке и производству изотопов Министерства энергетики США ORNL производит калифорний-252 и передаёт его промышленному альянсу, который изготавливает из него герметичные источники излучения и распространяет их среди клиентов по всему миру.

Саманта Шрер, руководитель проекта по калифорнию-252 в ORNL, отметила, что в связи с ростом спроса, связанного с ядерной энергетикой, а также увеличением потребности в нейтронных источниках для нужд национальной безопасности и промышленного применения, лаборатория стремится дополнительно повысить объёмы производства калифорния-252. Она сообщила, что производство калифорния-252 вступает в новый этап: лаборатория одновременно повышает внутренние стандарты и расширяет возможности по производству тяжёлых элементов.

В настоящее время ORNL обычно проводит производство калифорния-252 раз в два года. Лаборатория рассматривала возможность перехода на ежегодное производство, однако с учётом затрат, ограниченности ресурсов горячих камер и периода полураспада калифорния-252, составляющего около 2,6 года, было признано, что такой подход нецелесообразен. Поэтому основное внимание в повышении объёмов производства было сосредоточено на увеличении количества циклов облучения кюриевых мишеней в высокопоточном изотопном реакторе (HFIR), а также на повышении эффективности последующей радиохимической переработки.

Ключевое усовершенствование нового процесса принадлежит радиохимику ORNL Летисии дель Мау. На протяжении десятилетий ORNL использовала ди-2-этилгексилфосфорную кислоту (HDEHP) для разделения трёхвалентных актинидов и лантанидов из растворов растворённых мишеней. Этот метод требовал предварительного значительного снижения кислотности раствора, и только этот этап занимал около недели.

Дель Мау предложила использовать нейтральные молекулы для улавливания целевых элементов в растворах с высокой кислотностью, что позволяет обойти трудоёмкий этап снижения кислотности. Начиная с 2015 года она последовательно проводила проверки с использованием небольших объёмов отходов, реальных растворов растворённых мишеней и материалов части производственных партий; к производственной партии 2025 года этот процесс прошёл полномасштабные испытания.

Результаты испытаний показали, что усовершенствованный одноцикловый процесс позволяет удалять из раствора калифорния-252 другие изотопы, образующиеся в процессе деления, такие как америций, кюрий и церий, с эффективностью до 95%. Эффективность разделения сопоставима со старым процессом, однако требуемое время значительно сократилось. ORNL сообщает, что этот процесс будет продолжать оптимизироваться и будет введён в эксплуатацию в следующем производственном цикле.