Nouveaux extractants cycliques pour la séparation Uranium/Plutonium

New cyclic extractants for U/Pu separation

• Auteur / Autrice : Yann Chanteau
• Direction : Dominique Guillaumont
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 06/01/2025
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISEC - Institut des Sciences et technologies pour une économie circulaire des Énergies bas Carbone

Mots clés

Mots clés libres

Extraction liquide-liquide

Séparation

Recyclage

Uranium

Plutonium

Liquid–liquid extraction

Separation

Recycling

Uranium

Plutonium

Résumé

Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le cadre de l'optimisation du procédé de séparation de l'uranium et du plutonium (PUREX) pour le recyclage des combustibles nucléaires usés. Des nouvelles molécules extractantes de la famille des monoamides cycliques seront étudiées pour séparer les éléments d'intérêt par extraction liquide-liquide à partir d'un milieu acide nitrique. Elles devront être solubles dans les diluants aliphatiques classiquement utilisés, adaptables aux technologies d'extraction actuelles en termes de densité, viscosité, solubilité et cinétique d'extraction. L'affinité et la sélectivité vis-à-vis des éléments d'intérêt devront être optimisées pour permettre une simplification du schéma de procédé. Afin d'aider à la sélection de molécules cibles, des calculs théoriques de type DFT (Density Functional Theory) seront menés pour évaluer de manière comparative l'affinité des structures moléculaires pour l'U et le Pu. Puis l'étudiant devra déterminer la faisabilité de leur synthèse et proposer des voies d'obtention. Une fois synthétisées, purifiées et caractérisées, les performances séparatives des molécules seront évaluées par des tests d'extraction liquide-liquide mettant en œuvre les différents radioéléments à séparer dans les laboratoires actifs de l'installation ATALANTE. La résistance à l'hydrolyse et à la radiolyse sera évaluée grâce à des essais d'irradiation en batch. Enfin, les structures des complexes métalliques formés en phase organique avec ces nouvelles molécules seront étudiées afin de mieux comprendre les mécanismes d'extraction et d'orienter de nouvelles synthèses.

This thesis subject is dedicated to the optimization of the uranium/plutonium separation process (PUREX) for spent nuclear fuels reprocessing. New extractant molecules based on cyclic monamide functions will be studied for targeted elements separation by liquid-liquid extraction from nitric acid medium. They should be soluble in industrial aliphatic diluents, adaptable to extraction technologies actually used in terms of density, viscosity, solubility and extraction kinetics. Their affinity and selectivity towards U and Pu should be adjusted to allow process flowsheet optimization. In order to help in the target molecules selection, theoretical DFT calculations (Density Functional Theory) will be investigated to make a comparative estimate of their affinity towards U and Pu elements. Then the student will have to determine the feasibility of organic synthesis and to propose and optimize synthesis pathways. Once the molecules will be purified and their structures and purity characterized, their separation performances will be assessed by liquid-liquid batch extraction tests involving radioelements of interest in active laboratories of ATALANTE facility. Their resistance towards hydrolysis and radiolysis will be evaluated after batch gamma irradiation tests. Finally, the structures of metallic complexes formed in organic phases with those new extractant molecules will be studied to better understand extraction mechanisms and propose new orientations for future synthesis.