核燃料循环答案整理

1、核燃料循环复习资料1- 2核燃料后处理的任务及其产品形式是什么?答垢处理任务PPTh回收铀.钵作为核燃料重新使用。去除铀、赫中的放射性裂变产物及吸收中孑的裂变产物匚综合处理放討性J?物*便其适合长期平安储存g"三氧化铀二氧化铀铀?硝酸铀？ t六緘化铀L后处理厂的产品形式，取决于乏燃料中易裂变核素的种类和数量、还取决于产品的用途钚是后处理厂最主要的产品1- 3核燃料后处理厂的特点书 P12答:后处：理厂的特点是：n吝化T单兀拗作设第说用v i :电混礙土端柞屏蔽且 有不诱測巩而的专用设备牢冲：线对物质所致的2时设备材料、化学试和、和机浴剂、离护交换柯脂以及族射性兀盍的鬥化态都喪诗虑射辅

2、射损伤、牺射降解、热效就和化学效应*3必须再虑工艺涪液储悄的孩临界安亍问題：4建牯畛审视放讨件隈；荒的跑胃滴潮及放时件废糊的处毘 和处违；5后处理T艺技术的硏兗幵堆有一舊特殊的模式：6后处理厂要接JALA 不扩敢核底器的监恃 ？1- 4核燃料后处理工艺的开展简史给你什么启发?(P14)铀的开 采、治炼、楼料兀件的制造U235同位素的1- 5简述轻水堆铀燃料循环的主要工艺流程在反响堆中乏燃14后灶理残留的核材料4|浓度的莖新调整>=>的燃烧更斯加工利用其中，期L:的法缩工业上常用方注为7体扩般注和离心袪h乏燃料元件的“冷却 乏燃料的石处理简耍过桿为：2乏燃料元件的自段处理 k化学别离

3、对于號化铀的皓况，由于邛叱旅度比所語坐降低门必须起新调整浓嗖十沖fk和邙U浓缩程度更高的铀相混舍在付诸于便用方注；乙把疑化铀作为再浓缩惊料亜新浓缩0-J' 巴納穌国即仲堆斜I用必將限 、二汽 汁J把这 些转换材料旧作n应堆本身#M *童新便用2-3理解并会应用描述磷酸三丁酯萃取铀钚效果的三个概念：分配系数、别离系数、净化系数。算会计它在有机相和水相中浓度的分配系数a：某物质在互不相溶的两相间到达萃取平衡时, 比值CoCo 某物质在有机相中的平衡浓度Ca某物质在水相中的平衡浓度分配系数越大，平衡时，该物质进入有机相的量越多，而在水相中的量越少。别离系数3铀钚彼此间的别离效果铀中去钚的别离

4、系数3PU/U :钚中去铀的别离系数 3U/Pu :H =进料中环总量？进料中铀总量 铀产品中环总量/铀产品中铀总量进料中铀总量'进料中环总量且U护v 1 =环产品中铀总量环产品中环总量净化系数DF 用于表示铀、钚中对裂片兀素的去除程度DF料液中裂片元素总量？料液中欲提取元素总量-产品中裂片元素总量/产品中欲提取元素总量Dr料液的总放射性活度一产品的总放射性洁度tbpTB2- 4理解、记忆影响磷酸三丁酯萃取铀钚的因素答：影响TBP萃取铀的因素：水相中 UO NG 2浓度；有机相铀饱和度；硝酸浓度浓度；共存的络合剂；温度影响TBP萃取钚的因素：硝酸浓度;解产物的影响TBP中的铀饱和度；T

5、BP浓度；温度;5磷酸三丁酯P522-对裂变元素的萃取性能。2- 6有机溶剂的降解产物及其对萃取工艺的影响PPT降解产物：磷酸二丁酯、磷酸一丁酯、磷酸、其它。磷酸二丁酯产额最高降解产物对萃取工艺的影响:1 形成DBP ?BP萃取络合物，增大有机相粘度2钚的萃取物很难反萃，降低了钚回收率。3增加界面乳化，增加别离难度31简述不同类型反响堆乏燃料元件对后处理工艺的影响轻水堆+快中子堆，见P701. 轻水堆乏燃料后处理重点研究领域2. 重水堆乏燃料铀-235 、钚的含量较低，后处理在经济上部值得。可回收氚3. 高温气冷堆燃耗深，后处理困难，处于研究阶段。4. 快中子堆后处理技术难度大，目前只有英、法

6、建成了公斤级后处理装置5.M0X然料原那么上可在轻水堆乏燃料后处理厂进行，但需控制燃料中钚的含量3- 2 核燃料后处理工艺原理流程框图 注：常老师 说 了不要跟书本一模一样PURE 流程的主要工艺步骤见书 P743- 4 乏燃料元件运输中要考虑哪些问题？答：考虑的问题有：首先要考虑运输方案。可用汽车、火车或者轮船运输乏燃料元件，如果核电站或乏燃料中间贮存库与后处理厂均有铁路专线及相应的运输设备， 那么铁路运输成为首选方案。因为铁路的运费比汽车低，而且一列军用列车可运输额定功率为1GW勺核电站一年卸出的核燃料。海上运输主要受后处理厂和核电站在地里分布上的制约。由于运输乏燃料沿途可能要经过居民区，

7、因此，确保运输平安是头等大事。 不但要确保货包在正常状态下完好无损，而且在发生事故的条件下，仍要确保不泄漏反射性物质。运输容器是发燃料元件的关键设备，它具有平安性要求高、结构复杂、质量大的特点。容器壳体的选材，要考虑结构材料、屏蔽材料和中子屏蔽材料。3- 5 简述快中子增殖堆乏燃料后处理的根本步骤框 图见 书 P79接收及贮存It JzUtP1JUJL1 i1 产物纯化产物转化浚物处理一快中子壇殖堆乏燃料后处理的根本步骤3-5-1简述热中子增殖堆乏燃料后处理的根本步骤rh t艺流种为；I 萃取| ?|洗榇*|反攀个萃取循环坐严堆燃料凡件主两術坏碱程我时加1皿端净代措施°动力堆燃料it

8、n :I 增加PUI"谎程的萃耽循环散°二个萃取循环流程2调笹Purtx ilfc程的工艺參敷？其去沏苹讹器堪用烏脱2Tmol/L进料4"|杯的歧化反竝人 高八2-4八1 江洗捺有利F钉的去除的提作方式n3肝 制共去汚料液时进 行氧化预it理？除钉措施h沐迪入咚氧.将钉转化雀隔挥龙的四Xittf,b通入纯尅T在】00度的温嗖下将钉转化成不谢被 THP萃取的化学修式-心参加高炊酸优榕液氧化钉？ M玳力況谨呵吸附粘、惋等裂片？无素.止测入硝气no son. f史料液中亚硝醸钉的硝联根絡作物转变诡硝酸根络合物？。参加軾离C便兀耳锹形戒不璋帙T1W滾収的洛和络“物

9、6;热中子堆乏燃料后处理工艺原理流程由从进料准备水池提升燃料组件、元件切断-浸取首端处理，铀钚共萃取共去污-别离循环，钚的净化与尾端处理，铀的净化与尾端处理等部分组成。3-6乏燃料组件放置冷却贮存的目的是什么 ?n降低乏燃料尤件的放肘性括度水平二月- 2.33" ,239 p八2械少易裂变材料的损矢."£_/ " 上39 乙厂 /?r23.5mi 门，239 入归便强放射性袁变完全n2J5Q (?./ ) A2A6u "JJO 严?up-f Np骤?4- 1水法核燃料后处理工艺的首段处理包括那些步(P83)最后调试制成符合工艺流答：预先将燃料包

10、壳除去，然后必须将燃料组件解体、燃料溶解,程要求的原料液。4- 2乏燃料元件的脱壳方法有哪几种？简述各种优 缺点及 其实用性(ppt)答：脱壳方法主要有：化学去壳发、机械去壳法、包壳和芯体同时溶解法及机械一化学去壳法四大类。化学去壳法：优点：设备及操作简单，本钱低；缺点：溶解速度慢且不稳定腐蚀严重、燃料芯体局部损失，产生了大量高盐分的高放射性废液。实用性：曾用于生产堆燃料原件的去壳，主要用于铝燃料原件的包壳脱除机械去壳法：优点：不增加废液量，有利于后续萃取别离；缺点：机械设备复杂，本钱高；易造成芯体损失；实用性：现阶段倾向于使用这种方法。 包壳和芯体同时溶解法：优点：适用于多种不同燃料原件处理

11、；芯体不会损失；缺点：增加放射性废液；对设备腐蚀大;实用性：现阶段较少使用机械一化学去壳法: 优点：不产生放射性废液；不会造成芯体燃料损失； 剪切机结构简单；本钱低 ; 缺点：切割 设备依旧复杂且需要遥控操作。实用性：使用于处理包壳材料不溶于硝酸的燃料原件， 用于处理锆及其合金包 壳、不锈钢包壳的氧化物燃料元件的去壳，是动力堆乏燃料元件代表性方法。4-4 1AF 料液制备中要考虑那些问题 ？ (P97) 答：为了保证共去污萃取设备的联系运行， 到达规定的铀钚净化系数及别离系数必须进行澄 清处理并按照第一萃取循环的工艺条件调制料液。因此要考虑乏燃料溶解液中含有的一些由难溶组分形成的沉淀、 悬浮物

12、及胶体、溶解条 件也有关以及悬浮物的组成合燃料及形态。铀钚共萃取料液的制备包括：1) 乏燃料溶解液的预处理，除去溶解液中的固体颗粒；2) 调整酸度以满足高酸流程(硝酸浓度2mol/L)或低酸流程(硝酸浓度为0.5mol/L左右)的要求3) 调整铀浓度。对天然铀，1AF中铀浓度为1.5 1.8mol/L ,对U235富集度较高的燃料，因受临界平安限制，1AF中铀浓度较低4) 调整钚的价态，以使铀钚分别处于易于被TBP萃取的U (VI )和Pu (IV )。4- 5 试比拟生产堆、动力堆和其他堆型乏燃料首端处 理的特点和工艺要求动力堆：燃料组件有多种形式，尺寸差异较大，但共同点是燃料U02填充在金

13、属或合金管内。由于切断后用硝酸浸取、溶解U02芯片，因此在切断操作中有以下要求：1)切除端头，使金属材料尽可能少得进入溶解池。2)切成30-50mm的小段。3)每一小段的两端不密闭 4)剪切室维持负压，防止放射性气体与粉尘溢出。动力堆乏燃料组件因燃耗较深，在溶芯时仅有极微量的裂变产物未被溶解。溶芯时大局部挥发性的裂变产物惰性气体被排入溶解尾气。只有 1311 比拟特殊，当硝酸浓度比拟高时，已挥发的碘大局部又在冷凝器中回流，有一局部进入溶解尾气，需要在尾气系统进行处理。溶解后，需进行料液调制，即用稀硝酸调节料液的铀浓度，用浓硝酸调节料液的硝酸浓度，有时还需要调节钚镎的价态， 以满足后续工序对料液

14、的要求。 动力堆燃料元件中 带入的硅量不明显，故仅需在过滤上予以重视，不必进行絮凝处理。生产堆：溶芯时，燃耗较低、冷却时间较长，131| 根本衰变掉了，不需要在尾气系统进行处理；元件溶芯产品液中存在有亚硝酸，故在供料前料液调制过程中不进行调价也能满足随后溶剂萃取工艺对铀钚价态的要求；生产堆燃料元件中黏结剂带入的硅量较多，因此进入萃取设备前的絮凝操作是非常必要的。研究试验堆和材料试验堆 的乏燃料元件待处理量不大，但燃料元件的形状很复杂；或者芯体材料在硝酸中难溶解；或者在处理高富集铀燃料元件时，为确保高富集铀燃料芯体在机械脱 壳时无夹带损失， 最好同时溶解包壳和芯体。5- 2 理解、记忆铀钚共去污

15、 - 别离工艺 P101答：铀钚共去污一别离循环包括铀钚共萃取共去污、铀钚别离、铀的反萃三个单元操作。其 中萃取净化过程包括萃取、洗涤、反萃三个单元操作。PS所对应的框图是在课本 P102,大家自己画。5- 3 简述几种复原钚 IV 实现铀钚别离的方法，针对这些方法的优缺点，你能提出什么新创意？ P115Fe2+复原钚IV,实现铀钚别离氨基磺酸亚铁硝酸亚铁-肼铀 IV 复原钚 IV ，实现铀钚别离 硝酸羟氨复原钚 IV 电解复原钚 IV P1236- 1简述钚净化循环步骤及主要任务P126,框图在P125答：实现铀钚别离原理是：选择适宜的复原反萃剂，将钚由Pu IV 复原到不被TBP萃取的 P

16、u III ，使钚从有机相转入水相，而铀仍以铀VI 保存在有机相中，从而实现铀与钚的别离。流程图见 P126钚净化循环的任务是进一步去除共去污别离循环钚产品液及钚的第二萃取循环的钚产品液 中的铀和裂片元素， 同时将钚溶液浓缩。7- 1 简述铀净化循环流程通常的铀净化循环为：铀萃取流程 +铀反萃流程 +硅胶吸附流程i 铀萃取流程：强化钚、镎、锆、铌、钉的去除。这一流程中最重要的添加物是肼。2铀的反萃：采用稀硝酸做反萃液。3硅胶吸附：用于除去锆和铌丫放射性活度的主要来源，经硅胶吸附流程处理后，其 丫放射性活度降低到可直接加工的水平。7-2 在什么情况下需用三个萃取循环净化铀？在什 么情况 下只需用

17、两个萃取循环加硅胶柱吸附净化 铀？答：在 Purex 流程中，经过两个萃取循环后的硝酸铀酰溶液，其反射性污染仍超过产品允许标准。那么就要将铀溶液经过硅胶柱进行吸附处理，可使铀得到进一步净化， 使其放射性活度降低到可直接加工的水平；假设前面的两个萃取循环步骤所得的铀 / 钚的纯度已经很高 了，且放射性已经满足要求了， 那么就可以不用硅胶吸附了， 而改用三个萃取循环的方法。7-3 为什么要进行硝酸铀酰的脱硝和复原？答：经溶剂萃取和硅胶吸附净化工艺得到的符合质量要求的硝酸铀酰溶液， 不能直接进入和 燃料循环或长期贮存。为便于加工成金属铀或其他的铀化合物形式， 必须将硝酸铀酰转化为 氧化铀，该过程 就

18、叫做硝酸铀酰的脱硝和复原9-1 后处理厂放射性三废的来源，废物处理、处置的 根本原 那么，提出你的减量设想 P202、203、PPT 答：反射性三废来源：核燃料后处理厂的废物，是从乏燃料后处理中回收铀、提取钚的过程 中伴随产生含有不同数量的裂片元素、 超铀元素的水相和有机相溶液、气体和气溶胶、固体 物质和粉尘。放射性废物的管理原那么：减量化、资源化、无害化废物处理与处置的根本原理： 放射性不受外界条件如物理、化学、生物方法的影响，在放射性废物处理过程中：1、靠放射性物质的衰变性质使其放射性衰减，降低放射性危害； 2、将放射性物质从废物中 别离出来，浓集、减容、固化，以达平安处置的目的。对放射性

19、废水处理原那么是：稀释排放、浓缩贮存和回收利用。对放射性废气处理原那么是： 对放射性固体废物处理原那么是：9-2 放射性废水的处理技术 P204答：反射性废水处理技术有：1) 凝聚沉淀：是一种化学处理方法， 其过程是往废水中参加某些称为凝聚剂的化学物质， 使废水中的胶体状物质聚集成细小的可沉淀颗粒， 颗粒与颗粒或与废水中的悬浮状物质组合 成绒粒，绒粒具有很大的比外表积和吸附能力， 吸附更多的溶质形成絮状物。 经过澄清和机 械过滤，将沉淀从水中别离。2) 蒸发浓缩：该法是使溶剂水汽化、废液得到浓缩，二次蒸汽冷凝液返回复用，而将残 液进行玻璃固化处理。3) 离子交换：采用离子交换树脂可以将极低浓度

20、的溶液中的某些离子进行选择性的吸附，广泛用于高中低反射性废水的处理，且效果明显。4) 膜别离技术：该法是建立在选择性渗透原理根底上， 以外界能量或化学位差为推动力，是待别离组分从膜的一边渗透到膜的另一边，到达别离、富集的目的。5) 废液固化：将反射性废液及泥浆转化为固体形态的工艺过程称为固化。固化处理有水 泥固化、沥青固化 或聚合物固化几种方式。9-3 高放废液的综合利用与最终处置途径 (p228)答：高放废液的综合利用及最终处理途径有：1) 槽式贮存：虽然这不是最终的贮存方式，但是在固化之前，是必经的贮存手段。其中 用碳钢槽贮存中性 废液，不锈钢槽贮存酸性废液这两种方法在耐腐蚀方面是相对平安

21、的。2) 次锕系核素和长寿命裂变产物的别离一嬗变方案：将MA和LLFP从HLLW中别离出 来，然后利用热中子堆、快中子堆进行嬗变处理，进而固化，不但可以减少反射性，而且还 充分利用了铀资源，确保核不扩散。3) 从高放废液中提取有使用价值的核素：先将高放废液中的Sr - 90、Cs - 137、Am-241、Cm - 242和 Cm- 244等核素提取出来， 然后再进行固化和永久贮存，这种方法 比直接固化、永久贮 存更平安，而且还获得了有利用价值的裂片元素及超铀元素快中子增殖堆乏燃料的几个特点是什么：答：特点是：1 高燃耗、裂变产物含量高 10% 轻水堆中约 4%。2 乏燃料比放射性活度高，要求

22、铀、钚对裂变产物的去污系数大于 107, 三个萃取循环以 上。3 水相和有机相的辐射分解效应大，需提高萃取效率，缩短料液与有机相的接触时间。，需引入逆流电化学复原反萃法Pu IV 复原到不被TBP萃VI 保存在有机相中，从而实现铀4 钚的含量高比热中子堆的乏燃料高一个数量级5高含量的钚存在，需确保萃取过程的核临界平安。铀钚别离原理 P111 答：实现铀钚别离原理是：选择适宜的复原反萃剂，将钚由 取的 Pu III , 使钚从有机相转入水相，而铀仍以铀 与钚的别离。9-6: 放射性固体废物的处理方法有哪些？P265答：放射性固体废物的主要处理方法有：压实减容、回收锕系元素、固定和封闭等，三者可 以组合应用，也可以单独应用