镧锕分离用BTPs/离子液体萃取体系的辐射效应研究

The effective partitioning of minor actinides (MA) from high level liquid waste isone of key steps to realize the advanced nuclear fuel cycle based on "Partitioning and Transmutation". BTPs including R-BTP (2,6-bis(5,6-dialkyl-1,2,4-triazine-3-yl) pyridine (R-BTP, R: alkyl group)) and R-BTBP (6,6'-bis- (5,6-dialkyl-[1,2,4]triazin-3-yl)-2,2'-bipyridyl) are effective extractants for minor actinides separation in current organic solvent extracting system. Compared to organic solvent extracting system, the new ionic liquids extracting system is believed to show greater promise for partitioning of minor actinides (MA) from high level liquid waste. However, due to the high radioactive environment of spent fuel reprocessing, the radiation stability of extractants in the new extracting system should be investigated before their practical application. In this project, the radiation chemistry behavior of the extractants ( BTPs) used in new ionic liquids extracting system will be studied in detail. The influents of radiation conditions and presence of HNO3 will be investigated, and the radiolysis products will be analyzed. Furthermore, the radiolysis mechanism and radiation chemistry kinetics will be discussed. The influence of irradiation on the extracting capacity will also be measured, and the possible method for reduction against the radiation damage will also be proposed. α，β，γ, three kinds of irradiation will be applied in this research. This research will be expected to obtain good understanding of radiation effects on above mentioned BTPs extractants used in ionic liquids extracting system. Some important experimental data and theory obtained in current work will help us developing appropriate reprocessing technologies.

为了实现次锕系元素（MA）的有效嬗变，有必要进行MA/镧系（Ln）分离。目前已发展出BTPs 这样在MA/Ln相互分离工艺中有不俗表现的萃取剂，但它们在有机溶剂萃取体系中仍存在很多问题。离子液体因其低挥发性，高热稳定性，被认为是分离放射性核素的新一代绿色溶剂。BTPs/离子液体组成的新型萃取体系有望克服有机溶剂体系的诸多缺点，更好地实现MA/Ln分离。然而由于乏燃料后处理的强辐射性，有必要研究BTPs在离子液体萃取体中的辐射稳定性。本项目拟开展BTPs在离子液体萃取体系中的辐射化学研究，考察其在不同体系及不同射线，包括α，β，γ辐照下的辐解产物、辐解机理及辐解动力学，并结合次锕系元素的萃取分离机理，在分子水平上阐明不同射线辐照对萃取分离影响的原因。预期从辐射化学角度对BTPs/离子液体萃取分离体系能否适用于乏燃料后处理给出参考意见，为选择设计耐辐射性良好的新型分离体系提供理论和实验依据。

氮杂多环芳烃类化合物（BTPs）在次锕系元素与镧系元素分离工艺中有不俗表现，但是它们在有机溶剂萃取体系中仍然存在很多问题。离子液体因其低挥发性，高热稳定性，溶解能力强，被认为是分离放射性核素的新一代绿色溶剂。从发展的眼光来看，BTPs在离子液体体系中有望更好实现乏燃料中次锕系元素的分离。由于乏燃料处理的应用环境难免存在辐射，所以对萃取体系进行辐射效应研究是评价其是否具有实际应用价值的前提。本项目通过开展系统性开展BTPs等萃取剂在离子液体萃取分离体系中辐射化学行为的基础研究，深入考察其在不同体系及不同射线，包括α，β，γ辐照下的辐解产物、辐解机理，并结合萃取性能与辐射效应的研究结果，探索射线辐照对萃取分离体系影响的原因，对离子液体/氮杂多环芳烃类化合物萃取体系在乏燃料后处理中的应用前景给出实验和理论依据。.本项目首次对氮杂多环芳烃BTPs和离子液体构成的复杂萃取体系进行萃取性能和辐射效应的系统研究。另外，还创新性地合成了三种CA系列BTP萃取剂。相比于有机溶剂体系，离子液体体系有着更好的萃取性能和辐射稳定性。在萃取动力学的研究中，提出了萃取速率与结构翻转能量和萃取剂的质子化效应有关，结构翻转能量越小、质子化效应越弱的体系，萃取速率越快。采用密度泛函理论计算和双对数曲线拟合实验验证相结合的方式，对萃取体系的质子化效应和萃取能力进行了比较分析。首次采用高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用仪(UPLC/Q-TOF-MS)，基质辅助激光解吸电离傅立叶变换仪(MALDI-FTMS)等手段建立了离子液体基萃取体系的辐解研究方法，包括溶质的定量，辐解产物的定性，辐解产物的半定量，相比于ESI-MS，在辐解研究中显得更加方便和快捷。该方法不仅有针对BTPs，也被证明可有效应用与其他萃取剂比如CMPO，TODGA等萃取剂的离子液体萃取体系的辐解研究，为离子液体萃取体系的辐解研究提供了可借鉴的研究方法。