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核能作为一种能量密度高、洁净、低碳的能源,近年来受到了前所未有的重视并得到有序发展。核燃料循环是核工业的基础,以铀的高效利用为目的的先进核燃料循环体系,因回堆复用的需求,对后处理得到的铀产物的纯度提出了较高的要求。在燃料循环中的铀转化和乏燃料后处理过程中,常采用氟化挥发技术转化或者回收铀,得到的UF6产物中通常含有以MoF6为代表的较难净化去除的高挥发性金属氟化物。目前普遍采用精馏法和选择性吸附法进行铀中去除钼等杂质。由于铀和钼高价氟化物的挥发性相差不大,且在吸附剂上的吸附-解吸附的行为较为相近,导致铀-钼两者的分离效果不理想。近年来,因熔盐堆液态燃料的特性,使得其全堆芯燃料充当辐照靶件辐照裂变生产99Mo成为可能,但要达到既不影响反应堆运行又能实现99Mo的有效提取,关键是如何在不改变核燃料铀的化学形态的前提下,分离提纯99Mo,钼中去铀也尤为重要。因此,无论是铀转化和乏燃料后处理过程中的铀产物的净化,还是医用核素99Mo生产过程中钼去除铀的要求,铀-钼两者的分离都是行业所面临和亟待解决的关键问题之一。为了解决上述问题,本论文提出利用NF3反应性对温度的敏感性,通过精准控制反应温度,进行NF3与钼、铀的有序反应,从而仅通过氟化反应实现铀-钼两者的有效分离。围绕上述思路,本课题首先建立了适用于反应过程在线监测的红外光谱分析技术,在此基础上,通过反应热力学理论计算分析、实验研究和放射性示踪实验验证,系统研究了气-固反应体系、熔盐体系和辐照后熔盐体系中铀-钼分离行为,取得了以下研究成果:（1）建立了适用于NF3与铀/钼反应及铀-钼分离的在线红外光谱监测和分析技术。该技术可实现对氟化产物UF6与MoF6准确定量,系统稳定可靠,检测数据标准偏差3.9%,置信度>95%,为NF3进行铀-钼分离研究奠定了基础。（2）在气-固两相反应体系中,温度对NF3与Mo粉和UF4的反应影响显著。当温度大于等于230℃时,NF3与Mo发生反应,温度从230℃增加到430℃时,Mo粉的平均反应速率由1.00 g Mo·h-1提高到2.31 g Mo·h-1;而对于NF3与UF4,温度大于450℃时方发生明显反应,在450℃-600℃温度范围内,UF4反应速率由1.53 g U·h-1提高到2.68 g U·h-1。结合反应过程气态产物在线红外光谱识别和固体物质XRD表征,表明NF3与Mo的反应经过中间产物MoF3,即:2NF3（g）+2Mo（s）=2MoF3（g）+N2（g）;2MoF3（s）+2NF3（g）=2MoF6（g）+N2（g）。UF4与NF3反应则直接生成UF6,即:2/3NF3（g）+UF4（s）=UF6（g）+1/3N2（g）。基于球形颗粒“未反应收缩核”数学模型计算得到:在230℃-430℃温度范围内,NF3与Mo反应速率常数由1.8×10-2增加到3.5×10-2min-1,反应的活化能为10.13 k J/mol;在450℃-600℃范围内,NF3与UF4反应速率常数由1.6×10-2min-1增加至3.1×10-2min-1,反应的活化能22.56 k J/mol。动力学研究结果表明,相比于UF4与NF3之间的反应,Mo与NF3的反应更容易进行,同时反应速度更快。在此基础上选定350℃条件下考察了铀/钼质量比对铀-钼分离效果的影响,表明钼对铀的分离因子为1.71×103和3.23×103。（3）在Li F-Be F2-Zr F4-UF4（64.5-29.5-5.0-1.0mol.%）熔盐体系中,通过连续升温实验,确定了NF3与Mo粉发生反应的温度为600℃及以上,而温度超过650℃时NF3才与UF4发生反应。结合XRD和XPS元素价态分析,熔盐体系中Mo粉与NF3反应直接生成MoF6。考虑到熔盐堆中裂变产物钼的存在形态除金属态外,还以氟化物形态存在,为此制备了MoF3,并确定了熔盐体系中NF3与MoF3发生反应的温度为570℃及以上。在570-600℃温度温度范围内,MoF3的平均氟化反应速率随反应温度的升高,由0.09 g MoF3/min提高到0.16g MoF3/min,同时转化率由76%提高至97%。特定温度585℃条件下,经过一定时间的反应,MoF3的转化率大于90%,Na OH碱液对产物MoF6收率约为90%,钼产物对铀的分离因子约为100。结合XRD和XPS分析,熔盐体系中MoF3与NF3之间的反应机制如下:2MoF3（d）+2NF3（g）=2MoF6（g）+N2（g）。（4）利用白光中子源辐照UF4获得裂变产物,开展了Li F-Be F2-Zr F4熔盐体系裂变产物99Mo氟化分离研究。研究表明在Li F-Be F2-Zr F4-UF4（辐照后,63.5-28.5-5.0-3.0 mol.%）熔盐中,在585℃下,通入0.2L/min NF390min后,熔盐中99Mo的比活度从7608.2 Bq/g盐降至155.0 Bq/g盐,分离率超过98%;与此同时,反应前后,熔盐中237U的放射性比活度在几乎未发生变化,表明绝大部分U仍留在熔盐相中。收集得到99Mo对237U的去污系数（DF）约为270。通过本课题的研究,利用NF3氟化剂的反应性对温度的敏感性,给出了实现大量铀中分离钼的新思路,即通过精确控制反应温度,先实现NF3与钼的充分反应,将绝大部分钼分离后,再通过升高温度进行铀的分离,铀-钼两者的分离系数可提高1-2个数量级。本研究工作不仅为乏燃料中铀的分离净化奠定了科学基础,同时也为实现熔盐反应堆生产99Mo提供了一种全新的技术路线。