Труды КНЦ. Технические науки. – 2026. - № 2

температуру и объем собранного газа. В отдельном эксперименте без PuN было измерено увеличение объема газа за счет его расширения при нагревании, что учитывали при расчете скорости выделения газов во время растворения. При прекращении увеличения объема выделяющихся газов фиксировали время эффективного растворения ( 4 фф), а раствор выдерживали при данной температуре еще 1 - 2 ч. Суммарное время фиксировали как общее (^общ) и нагревание прекращали. При получении растворов с концентрацией плутония 0,4 моль/л по достижении времени 4фф пришлифованную пробку ампулы заменяли на обратный холодильник-дефлегматор, а после достижения температуры кипения раствор выдерживался еще 1 ч. Твердый остаток отделяли от раствора при фильтровании на установке (рис. 2) и после промывки вместе с бумажным фильтром направляли на радиометрические измерения. PuN растворяли с постепенным нагревом в растворах HNO 3 -HF-Al(NO 3 ) 3 . Для растворения использовали растворы с концентрациями азотной кислоты от 5 до 12 моль/л и при молярных отношениях F:Pu = 0 ,5-2 и Al:F = 0 -1. Растворение проводили в ампуле, предварительно заполненной аргоном и напрямую соединенной с тарированным сборником газа. При соотношении F:Pu < 1 нерастворенный остаток имел серо-зеленоватый цвет, что характерно для гидратированного диоксида плутония. Повышение концентрации кислоты способствовало понижению потерь плутония в виде нерастворимого остатка, но еще больше их снижало введение фторид-аниона. Интересно отметить, что если раствор HNO 3 -HF использовать для дорастворения плутониевого осадка, полученного в отсутствие фторид-аниона, соблюдая соотношение F:Pu, равным 1-2, то доля плутония в остатке оказывается много выше, чем при прямом растворении PuN в таком же растворе. Очевидно, это связано с образованием труднорастворимого PuO 2 при гидролизе нитрида в не содержащем фтора растворе. Анализ экспериментальных результатов показал, что в технологически корректных условиях с началом процесса при комнатной температуре максимальная за всю операцию растворения скорость выделения газа была невысокой и составляла всего 2 -3 л /м инк г. Она заметно увеличивалась с ростом концентрации азотной кислоты, начальной температуры и отношения F:Pu. При увеличении молярного отношения Al:F скорости растворения и выделения газа понижались. Максимальное значение скорости выделения газа — 25 л /м и н к г было зафиксировано при растворении PuN в 12 моль/л растворе азотной кислоты, когда оно было начато при температуре, близкой к 50 °С. Процесс выделения газа начинается сразу же при контакте раствора кислоты с PuN, еще до начала нагревания. В ходе всего растворения выделение газа идет спокойно, без какого-либо вспенивания раствора, которого можно было ожидать при достаточно быстром растворении тонкоизмельченного материала. В двух экспериментах, в которых условия растворения PuN были оптимальны ( 6 моль/л HNO 3 , Pu:F:Al = 1:1:0), с помощью медицинского шприца (см. рис. 1) в защитном полиэтиленовом чехле из системы «ампула-сборник» были отобраны пробы газа объемом до 20 см3 по окончании его эффективного выделения. Анализ газовой фазы после растворения дал результаты, которые приведены в табл. 1. Таблица 1 Состав газовой фазы при растворении порошка PuN Composition o f the gas phase upon dissolution o f the PuN powder Компонент газовой фазы Н2 N 2 N 2 O NOx С О2 Содержание, % об. 0,5 95 0,8 < 0 ,1 3,7 По работе Л. М. Ферриса [Ferris], проведенной более полувека назад, растворение мононитрида урана в азотной кислоте с концентрацией 6 моль/л сопровождается выделением около 130 л/кг газа, содержащего N 2 , N 2 O, NO в соотношении 30, 30 и 40 %, только при использовании 0,5 моль/л кислоты содержание диазота в газовой фазе вырастает до 82 % [41]. Однако наши эксперименты с порошком нитрида плутония, полученным гидридным методом, показали, что растворение проходит с выделением почти исключительно диазота N 2 , образуемого как