核废物处理技术第一章B2012

1、第一章 总 论,核废物的来源与现状,核废物 处理技术,第一章 总 论,核废物治理的几个现代理念,核废物处理处置基本原则与要求,核废物的分类与特性,核废物的来源与现状,核废物管理概述,Company Logo,第一章 总 论,民用核燃料循环,军用核燃料循环,核技术应用,核设施退役,天然存在的放射性物质,放射性废物来源,放射性废物现状,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,各种核活动所产生的核废物，以核燃料循环过程为主，尤其是核燃料后处理过程。 核燃料循环: 燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,以

2、核电生产为中心的核燃料循环包括三大部分： 核燃料循环前段： 铀矿开采、水冶、铀精制、纯化、氟化、铀浓缩和核燃料元件制造。 反应堆运行过程： 包括核燃料在堆中辐照和乏燃料的就地临时储存。 核燃料循环后段： 包括乏燃料运输、后处理、核废物处理与处置等， 其中乏燃料后处理所获得的 Pu和 U，被再制成核燃料元件（混合U、Pu氧化物燃料,MOX）而进行再循环。,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,核燃料前端,核燃料后端,Company Logo,一 核废物管理概述,核燃料的前端产品,六氟化铀,黄饼,矿石,冶炼,转化,浓缩,芯块,烧结,组装,组件,Company Logo,

3、二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,核燃料循环前段流程图,铀矿勘探,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,铀矿地质勘探,铀是核工业最基本的原料。 铀在地壳中平均含量约为2.7x10-4%，总量约45亿吨； 铀的存在相当分散，被称为“分散元素” 由于铀的化学性质活泼，所以不存在天然的纯元素。 铀矿物和含铀矿物有170种以上，其中只有25-30种铀矿物有开采价值 世界铀储量最多的国家是澳大利亚、加拿大和哈萨克斯坦（60%） 海水中也含有铀，平均浓度为3.3g/L，海水提铀尚在开发研究。,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,铀矿地质勘探,

4、铀矿地质勘探的任务： 查明和研究铀矿床形成的地质条件， 阐明铀矿床在时间上和空间上分布的规律， 运用铀矿床形成和分布的规律指导普查勘探， 探明地下的铀矿资源。,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,铀矿地质勘探,铀矿床是铀矿物的堆积体。 铀矿床是分散在地壳中的铀元素在各种地质作用下不断集中而成的，也是地壳不断演变的结果。 勘探方法一般采用放射性测量，即利用航空总计数测量测定放射性异常区。,遥感合成图,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,矿石品位： 富矿石：铀含量为0.3%以上； 中等矿石：铀含量为0.1%- 0.3%， 贫矿石：铀含量为

5、0.05%-0.1%。 矿床储量： 大型矿床：铀储量5000t以上的铀矿床； 中型矿床：铀储量1500t左右； 小型矿床：铀储量100-1000t， 铀矿点：铀储量小于100t。,评价铀矿床的两个主要指标： 矿石品位和矿床储量。,Company Logo,二 放射性废物来源,浸出,铀矿开采,铀矿开采与矿冶,铀矿开采 从铀矿中提取、浓缩、纯化精制天然铀产品,提铀,矿石开采,铀的提取,矿石浸出,铀含量,0.1%0.2%,形态,矿石,矿浆,粉末,铀的精制,核纯铀,40%70%,陶瓷等,75%,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,铀矿开采是生产铀的第一步。 它的任务是把工

6、业品位的铀矿从地下矿床中开采出来， 或将铀经化学溶浸，生产出液体铀化合物。 铀矿开采方法主要有三种方法： 露天开采 地下开采 原地浸出采铀,露天铀矿场,铀矿开采,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,铀提取工艺的基本任务： 将开采出来的矿石加工富集成含铀较高的中间产品， 通常称为铀化学浓缩物，经过进一步强化，加工成 铀氧化物作为下一步工序的原料。 提取方法：地浸、堆浸和原地爆破浸出法； 常规的铀提取工艺包括： 矿石品位、磨矿、矿石浸出，母液分离、溶液纯化、沉淀等工序。 有两种浸出方法，即酸法和碱法。 沉淀物经洗涤、压滤、干燥后即得到水冶产品铀化学浓缩物，又称黄饼。,

7、铀提取工艺,堆浸提铀现场,Company Logo,目的 在一定的工艺条件下，借助于一些化学溶剂或其它手段，将矿石中有价值的组份，选择性地浸出或者浸取 浸出方式 地浸 in situ leaching 直接在矿中浸出溶液的方式 堆浸heap leaching 在矿地将矿石堆在一起，用溶液浸出的方式 原地爆破浸出工艺 先将矿石原地爆破破碎后浸出的方式 搅拌浸出（池浸） 将矿石运至水冶厂，在专用搅拌浸出池中进行的方式,矿石浸出,堆浸,池浸,矿石,黄饼,二 放射性废物来源,Company Logo,浸出液 酸法：硫酸 碱法：碳酸钠、碳酸氨、碳酸氢钠等 细菌浸出法：将矿石中的硫化物变成硫酸 浸出时间：

8、310h, 几十小时不等 浸出率：85%97%(搅拌浸出), 5%15%(堆浸) 浸出的矿浆 经固液分离得到含铀的清液或稀矿浆,矿石浸出,池浸,二 放射性废物来源,Company Logo,目的 将浸出液中的铀与杂质分离 使铀得到部分浓缩 提取和沉淀方式 离子交换法 溶液萃取法 加入沉淀剂使铀化学浓缩物沉淀 将沉淀物洗涤、压滤、干燥 原料 含铀矿浆 产品 铀化学浓缩物(黄饼) 重铀酸钠 重铀酸氨 含铀量40%70% 仍含大量杂质,黄饼yellow cake,铀的提取和沉淀产出,铀的提取和沉淀产出,二 放射性废物来源,Company Logo,二 放射性废物来源,中国第一座且最大的大型铀水冶纯化

9、厂 又名414厂、272厂 建于1958年 容量：1100tU/y，正常产量：500tU/y 用 A/IX (acid leaching/ion exchange)处理方法，磁选分离 产品： U308 product,湖南衡阳铀水冶厂,浸出-矿浆浓密池,矿石准备-磨矿,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀矿开采和铀矿石水冶 主要废物： 废石 废气 废水 一座l000MW 的核电厂, 每年约需要160 t天然铀, 若铀矿平均开采品位按0.2%计, 则每年将产生： 约10 000m3 开采废石 30 000 50 000 m3 水冶尾矿,Company Logo,二

10、 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀矿开采-废石 采矿产生的废石： 露天开采1t铀矿石产生46t， 地下采掘产生0.51.2t； 选矿产生的废石： 放选法废石率为15%30% 废石中的放射性： 含铀量：（13）10-4g/g，比正常土壤天然本底高410倍； 表面辐照剂量率：（77200）10-8Gy/h，高315倍； 表面氡析出率：（7200）10-2Bq/（m2s），高570倍。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀矿开采-废水 露天开采废水：矿体渗流水、凿岩作业水、雨淋水等； 地下采矿废水：矿体涌水、矿脉裂隙水、凿岩作业水、地表渗透水等 铀矿石堆废水：雨

11、淋水、喷雾洒水等； 废石场废水：雨淋水和流水冲刷水、浸渍产生的废水； 冲洗车辆水： 开采1t铀矿石产生0.55t废水； 铀浓度0.25mg/L，比正常本底高4100倍。 处理方法： 石灰石中和沉淀法除铀； 离子交换法除铀； 软锰矿吸附法除镭； 重晶石吸附法除镭等。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀矿开采-废气 氡及氡子体； 放射性气溶胶； 铀尘 措施： 除尘降氡（建立良好通风系统，采取湿式作业）； 氡的照射是人受天然辐射照射最重要的来源。 氡及其短寿命子体对人体产生内照剂量的主要途径是吸入并沉积在呼吸道内，由它发射的粒子对气管支气管上皮基底细胞产生很大的照射

12、剂量。,Company Logo,一 核废物管理概述,2、民用核燃料循环,铀矿水冶： 固体废物： 尾矿中残留了占原矿6% 左右的铀（占水冶废物放射性的近70）,95%的镭； 尾砂和矿泥量约相当于处理的矿石量，处理1吨铀矿石产生1.0-1.2吨尾矿； 其放射性活度较普通岩石、土壤高数倍至数十倍。 尾矿会向大气中释放氡气； 尾矿成为有害低放废物和化学有害物质(含酸、碱)。,Company Logo,一 核废物管理概述,2、民用核燃料循环,在铀水冶过程中： 液体废物： 主要来自工艺废水 离子交换过程产生的贫铀溶液； 萃取后的萃余水相； 化学沉淀过程的溶液母液； 设备冲洗水、洗涤水； 实验室废水、洗衣

13、水、淋浴水等；,Company Logo,一 核废物管理概述,2、民用核燃料循环,铀水冶过程： 液体废物特点： 低放废液量因所采用的工艺流程不同而异，一般为处理矿石量的15倍。 放射性浓度低，主要含有铀238、镭226； 含有悬浮固体和化学有害物质，其危害可能超过放射性；,处理方法： 石灰乳中和法； 离子交换法； 吸附法；,Company Logo,一 核废物管理概述,2、民用核燃料循环,在铀水冶过程中： 气体废物： 工艺过程中排放的废气； 工艺场所的排风； 尾矿库释放出来的气体； 气体废物：铀尘、氡、气溶胶； 处理方法： 加强通风、除尘和降氡措施； 采用局部通风和全面换气相结合的通风方式；

14、合理组织气流，防止污染空气倒流； 必要时增加净化措施；,Company Logo,二 放射性废物来源,Company Logo,二 放射性废物来源,Company Logo,二 放射性废物来源,铀的精制,目的 精制盐过程，生成核纯度的铀 转化成易于氢氟化的铀氧化物 精制方式 离子交换法 溶液萃取法 分布结晶法 原料 铀化学浓缩物(重铀酸钠、重铀酸氨) 产品 铀氧化物(U3O8、UO2等)、四氟化铀（UF4）等 煅烧 制取U3O8或UO2陶瓷,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀精制废物： 废液： 萃取水相； 有机废液：废TBP，TBP降解产物； 冲洗去污水、实验

15、室废水等 气体废物； 固体废物； 废物特点： 含有天然放射性核素（主要是铀）； 放射性水平低； 数量不大；,Company Logo,二 放射性废物来源,铀转换conversion,将水冶产品铀浓缩物中的铀转换成核纯级铀金属或六氟化物(UF6)的全部物理化学 过程,六氟化铀,黄饼,有高的热稳定性和挥发性；,Company Logo,铀转化： 从铀水冶厂来的U3O8原料， 从后处理厂来的硝酸铀酰溶液或三碳酸铀酰铵原料。 第一步：用氢气还原六价铀 U3O8 2H23UO2 2H2O 第二步：把UO2氢氟化为四氟化铀UF4 第三步：用氟气把UF4氟化为六氟化铀UF6,二 放射性废物来源,2、民用核燃

16、料循环,伊朗伊斯法罕 的铀转化工厂,Company Logo,二 放射性废物来源,铀转换conversion,铀转化工厂,中国有三座铀转化厂，主要集中在中国的西北地区 即将建成在四零四厂的中国最大的集中铀转化厂，是我国规模最大的六氟化铀生产厂,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀转化的废物 主要是固体CaF2， 此外还有含CaF2、Ca(OH)2和少量铀的泥浆废物， CaF2含铀量很低，但体积较大， 经审管部门批准可作一般工业废物处理。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀的浓缩 以同位素分离为目的，提高铀-235浓度的处理即为浓

17、缩。通过浓缩获得满足某些反应堆所要求的铀-235丰度的铀燃料。,铀同位素分离扩散机群,铀同位素离心级联,Company Logo,二 放射性废物来源,铀浓缩,铀235同位素的浓度 天然铀：0.712（CANDU） 浓缩铀：2(轻水堆)10，低浓缩铀、高浓缩铀 贫料铀：0.2%（未料）,铀浓缩 -同位素分离,天然铀（0.7%U235）,低浓缩铀（35%U235）,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀的浓缩 原理： 具备工业价值的分离方法： 气体扩散法、 气体离心法 空气动力学法。 正在研究的激光法和化学交换法具有良好的工业应用前景。,利用因质量不同而引起的效应，如

18、速度效应、离心力效应和电磁效应来使同位素分离。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,气体扩散分离法原理图,气体扩散法的原理： 由于质量不同，其速度不同。 较轻的分子的平均速度较高，通过扩散膜时，碰撞的机会比较多，从而可以实现一定程度的分离。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,中国60年代建成的气体扩散厂,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,离心机原理示意图,利用强离心力场作用实现轻、重同位素的分离。 在高速旋转的离心机中，较轻的分子在靠近轴线处浓集。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民

19、用核燃料循环,正在生产的离心分离厂,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,空气动力学法又称喷嘴分离法， 其原理是在压力差的作用下，使用大量的氦气或氢气稀释的六氟化铀气体通过处于高度真空中的喷嘴的狭缝而膨胀，在膨胀过程中离心加速到超声速的气流顺着喷嘴沟的曲面壁弯转，较轻的分子远离壁而浓集。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,三种方法的经济性比较,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀浓缩生产的废物 只产生少量废物，工艺是物理过程，没有化学操作； 废气： 主要含有铀气溶胶和放射性； 废液： 去污清洗液； 固体

20、废物： 废排风过滤器 清洗检修过程产生的废物。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀的浓缩 分离后余下的尾料，即含铀-235约0.3的贫化铀； 贫化铀密度大，是铅的两倍， 可用于制造穿甲弹和装甲武器； 也可用于制造贫铀弹；,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,燃料元件制造 经过提纯或同位素分离后的铀，还不能直接用作核燃料，还要经过化学，物理、机械加工等复杂而又严格的过程，制成形状和品质各异的燃料元件，才能供各种反应堆作为燃料来使用。,化工过程(将UF6转化为UO2)压制过程(陶瓷)元件总装组件组装,Company Logo,二 放射

21、性废物来源,核燃料元件制造fuel fabrication,核燃料特性 高热导率 抗辐照能力 避免肿胀、开裂、蠕变引起的变形 化学稳定性 防止与冷却剂的化学反应 高的熔点 易加工的物理、力学性能 低膨胀系数 含较高浓度易裂变物资 不含中子吸收截面大的其它物质,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,燃料元件分类 按组分特征分：金属型、陶瓷型和弥散型三种； 按几何形状分：柱状、棒状、环状、板状、条状、球状、棱柱状元件； 按反应堆分：试验堆元件，生产堆元件，动力堆元件。,二氧化铀陶瓷芯块,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀元件制造的转化：

22、 获得相应浓度可烧结的UO2粉末等 原料：硝酸铀酰溶液或经铀浓缩过的六氟化铀 方法： 碳酸铀酰铵法（AUC）：生产天然铀的UO2； 重铀酸铵法（ADU）：生产天然铀或富集铀的UO2 全干法（IDR）：生产富集铀的UO2； 六氟化铀氢气还原为四氟化铀： 四氟化铀水解为二氧化铀：,Company Logo,二 放射性废物来源,核燃料元件制造,燃料元件的种类 陶瓷型 UO2，轻水堆动力反应堆 UO2-PuO2,混合燃料（MOX燃料）， 液态金属冷却快中子反应堆 铀金属（生产裂变Pu-239的堆） 弥散型 棒状、板状、球状,Company Logo,二 放射性废物来源,核燃料元件制造,制造工艺 准备过

23、程 化工过程：将UF6转化为UO2，有干法、湿法，为主要经济过程之一 压制过程：将UO2制成粉末、压制并烧结成芯块，研磨、成品检查 总装：将芯块组合成套，组装成燃料元件 元件包壳管和端塞的准备：如检验、探伤、加工、检查、焊接 燃料组件组装用零件的准备、套配：如外壳、管座、定位格架、连杆 燃料组件的组装，台架检验,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,燃料元件 制造 UO2粉末掺和均匀； 压制成圆柱体芯块； 在高温中烧结；（芯块） 装填入包壳管内； 充氦封焊； (燃料棒） 组装成组件。 （燃料组件） 制造检测： 长期在强辐射、高温、高压、高流速的环境下工作，对芯体和包

24、壳材料、结构和使用寿命有很高的要求。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,轻水堆的燃料组件,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,轻水堆的燃料组件,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,铀燃料元件制造的废物 只产生少量废物，工艺是物理过程，没有化学操作； 废气： 工艺废气和排风废气； 主要含有铀，少量氮氧化合物、氨气等； 方法：淋洗、吸收、过滤； 废液： 去污清洗液； 主要含有铀、氟和铵离子； 处理方法：硅胶吸附 固体废物： 含铀固渣、污染设备部件、废树脂、硅胶、废排风过滤器、劳保用品等; 主要含有铀，放射水

25、平低、数量不大； 处理方法：贮存；,Company Logo,废过滤器、废油类报废部件、劳保等 5-10 低放废物,放射性残渣、泥浆废过滤器、劳保等 10-15 低放废物,废过滤器、废金属切屑、劳保等 20-30 低放废物,二 放射性废物来源,铀转化,铀富集,元件制造,放射性废物情况,废物类型 体积（m3/a） 基本特性,*以提供核电1GWa计,Company Logo,燃料循环前端,采矿产生的废矿石,主要放射性废物,水冶尾矿砂,氟化钙、铀屑,含氟污染物,1. 铀矿,2. 水冶,3. 转化制造,4. 铀富集,采矿水冶产生的废物量大，其它较少； 放射性水平较低； 所含核素为天然放射性核素；,二

26、放射性废物来源,Company Logo,一 核废物管理概述,2、民用核燃料循环,反应堆运行 核反应堆是以铀或钚等作燃料的可控链式裂变反应装置； 由堆芯、堆内构件、压力壳、控制棒、驱动机构等组成。 堆芯又称活性区，由燃料组件、控制棒组件和启动中子源等组成。,主要功能 获取核能，用以发电或作为动力或供热、海水淡化、制氢等； 生产易裂变物质和氚； 各种研究试验和应用； 放射性同位素生产。,Company Logo,一 核废物管理概述,按用途分： 动力堆 生产堆 研究堆,反应堆 分类,慢化剂和冷却剂 压水堆 沸水堆 重水堆 石墨堆 气冷堆 钠冷块堆,2、民用核燃料循环,Company Logo,二

27、放射性废物来源,核电厂中的能量转换与转递,核能,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,基本参数： 一回路：压力154 bar, 高压水 二回路：压力55bar, 出口饱和蒸汽,压水堆,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,沸水堆,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,一回路与核岛,二回路与常规岛,安全注射系统,主蒸汽系统,反 应 堆 冷 却 剂 循 环 系 统,安全壳喷淋系统,化学和容积控制 系统,凝结水给水系统,事故给水系统,循环水系统,主蒸汽排放系统,核电站系统原理图,Company Logo,二 放射性废

28、物来源,2、民用核燃料循环,安全壳透视图,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,一回路与核岛,一回路：反应堆冷却剂循环系统 核蒸汽供应系统：由一回路（反应堆冷却剂循环系统）及与一回路相连接的系统所组成 核岛主要包括核蒸汽供应系统、安全壳喷淋系统和辅助系统 核岛厂房主要包括反应堆厂房(安全壳)、核燃料厂房、核辅助厂房、核服务厂房、排气烟囱、电气厂房和应急柴油发电机厂房等,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,反应堆冷却剂循环系统（一回路）,一回路的主要设备有反应堆堆心、压力容

29、器、蒸汽发生器、稳压器、主循环泵及管道 一回路中冷却剂(高温高压的水流)的主要作用是将反应堆堆心产生的热量带到蒸汽发生器，传给二回路，生产蒸汽 在一回路水中加入硼酸，用来控制反应性的慢变化；用稳压器维持一回路压力的稳定和补偿水在冷态和热态时的体积变化,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,化学和容积控制系统,维持一回路所需要的水量 调节溶解在冷却水中的硼酸浓度，以控制反应堆的反应性 对水进行净化处理，除去水中的裂变产物和腐蚀产物 给一回路的水加入腐蚀抑制剂和各种化学添加剂,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,主循环泵轴密封水系统,分机械

30、密封与水密封两种 水密封：通过密封水循环系统提供所需的密封水（维持一定的压力） 泄露水将流至化学和容积控制系统,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,硼回收系统,大量的冷却水排放会造成放射性水污染以及硼酸用量增多，需设置回收系统 来自容积控制箱的含硼废水暂存箱过滤、离子交换、加热脱气分为废气、冷凝水、硼酸浓缩液三部分,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,补给水系统,硼回收再生水系统、除盐水系统、除氧水系统,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,核反应堆停堆后，燃料元件因裂变产物的衰变而发热，停堆冷却系统（也称

31、余热冷却系统）的作用是带走这部分热量 主要由热交换装置、循环泵和阀门等组成，用于停堆、更换燃料以及一回路系统发生大量泄漏事故时带走热量，冷却堆心,停堆冷却系统,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,安全注射系统,当一回路发生失水（管道发生大破裂而引起大泄漏）时, 安全注射系统作为安全给水系统 主要由高压注射部分、安全注射箱和低压注射部分组成 这几部分协同工作即能保证堆心的冷却，并可使反应堆停堆,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,安全壳喷淋系统,由两条独立的管线组成，每条管线系统都是由喷淋泵、冷却器、喷头、换料水箱、阀门等设备组成 当发

32、生失水事故时，一回路中高温高压的水漏到安全壳中，由于安全壳是密封的，安全壳里的压力和温度都会升高,安全壳喷淋系统的主要作用就是喷淋冷水使水蒸汽凝结成水，从而降低安全壳内的压力和温度 喷淋水中含有碱，可以除去空气中放射性的碘,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,去污清洗系统,就地去污清洗系统,去污槽去污清洗系统,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,反应堆腔室和废燃料冷却系统： 用于反应堆腔室和废燃料池池水的冷却和净化，可以对压力壳充、排水。 辅助给水系统： 当蒸汽发生器的主给水系统完全失去作用时就投入运行，在反应堆起动、升温和停堆时，也

33、由这个系统给蒸汽发生器供水。 压缩空气系统： 为调节器、气动阀和安全阀等设备提供压缩空气。 通风和空调系统： 用于维持室内的温度和湿度，为运行人员和设备提供适宜的工作环境，减少室内空气中放射性碘的浓度，并减少向大气中排放放射性物质。 放射性废物处理系统： 包括排放液体收集系统，气体、液体和固体废物处理系统，监测和排放系统，蒸汽发生器排污系统和液体废物排放系统。,核岛其它辅助系统,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,二回路与常规岛,二回路系统由汽轮机发电机组、冷凝器、凝结水泵、给水加热器、除氧器、给水泵、蒸汽发生器、汽水分离再热器等设备组成； 为了保证二回路系统的正

34、常运行，二回路系统也设有一系列辅助系统，统称常规岛； 主蒸汽排放系统 汽轮机再热及抽气系统 凝结水给水系统 化学水处理系统 事故给水系统 蒸汽发生器排污系统 循环水系统,Company Logo,一 核废物管理概述,2、民用核燃料循环,反应堆运行放射性的来源 天然放射性核素，包括天然铀、钍及其子体核素。 人工放射性核素，主要包括： 由反应堆中的重核裂变生成的裂变产物 中子俘获生成的超铀核素 中子活化生成的活化产物 该类核素的放射性活度约占核废物 总放射性活度的99%。,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,重核裂变产物 裂变产物是核燃料中的易裂变（ Fissile）

35、原子核受中子轰击后产生的裂变碎片。 n + 235U f1+ f2 + (23)n + + 200 MeV ( 裂变碎片) (中子) ( 辐射) 由上述核裂变产生的新中子若继续轰击 235U 原子核, 便能引起链式反应, 同时释放出大量热能。,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,裂变产物 当 235U 原子核继续发生裂变时, 便出现裂变反应链, 并生成许多放射 性核素, 例如: (稳定) （稳定),Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,中子俘获产物超铀核素 铀可生成另外一些质量数大于 200 锕系放射性核素，如 239Pu、243Am、

36、247Cm等： 238U + n 239U 锕系放射性核素的种类较少， 但由于其具有较长的半衰期， 许多锕系核素又是辐射体. 对人类和生态环境构成极大的危害。,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,中子活化产物 因中子活化反应（主要是n,反应）而产生一些活化产物， 如60Co、63Ni、14C等： 59Co + n 60Co + 62Ni + n 63Ni + 13C + n 14C + 14N + n 14C + p,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,主要特点： 活化

37、过程产生的放射性核素绝大多数为短寿命核素； （63Ni和14C除等除外） 裂变过程产生的放射性核素以长半衰期为特征； 裂变放射性核素绝大多数包容在包壳中； 氚既是活化产物又是裂变产物，重水活化和铀核三裂变；,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,放射性废物： 放射性废液： 主要来自循环冷却水及相应的净化系统，去污净化水； 放射性固体废物： 主要来自冷却净化系统、废水净化系统的离子交换废树脂、废过滤器芯子、废液蒸发残渣、活化的堆内构件 ( 包壳材料、控制棒等 )、废仪表探头和零件等， 其中堆内构件等为高放废物 ( 含 60Co, 63Ni 等 )。 放射性废气： 主要

38、来自设备排放气体、放射性厂房通风排气。,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,1000MW反应堆一年产生的 放射性废物体积,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,核燃料循环后段： 燃料元件经反应堆“燃料”后，对卸出的乏燃料以及废物废物处理和处置； 主要内容： 乏燃料后处理、 MOX燃料元件制备、 放射性废物处理、整备 最终处置。 上述过程均会产生放射性废物。,后处理厂检修大厅,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,核燃料循环模式： 后处理模式：“闭路核燃料循环” 提取留和新生成的燃料； 获取武器级钚装料。 “一

39、次通过”模式：“开路核燃料循环” 天然铀供过于求； 后处理安全与环保要求愈加严格； 核不扩散政策； “等着瞧（Wait and See)模式 资源、经费和技术的限制,Company Logo,二 放射性废物的来源,3、核燃料后处理 工艺、废物中主要核素、废物特点、类型,Company Logo,二 放射性废物的来源,3、核燃料后处理 工艺、废物中主要核素、废物特点、类型,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,乏燃料后处理的目的： 回收和净化乏燃料中残剩的和新产生的易裂变材料； 回收和净化未发生核反应的可转换材料； 提取有用的放射性同位素和某些贵金属材料； 便于更安全

40、地处理和处置放射性废物。 后处理可以充分利用核燃料资源： 不进行后处理，铀资源利用率0.37%； 后处理循环一次可节省约25%的天然铀； 后处理循环多次，铀资源利用率1%； 快堆燃料循环，铀资源利用率达到60%-70%,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,核燃料后处理 乏燃料特点： 1000MW核电厂每年卸出乏燃料25-30吨； 具有很高的放射性； 产生大量的衰变热; 乏燃料组成： 含U约95%，Pu和次锕系元素约1%，裂变产物约4%,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,乏燃料的成分构成,Company Logo,二 放射性废物来源,

41、1、民用核燃料循环,*燃耗33000MWD/tHM，冷却5年,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,核燃料后处理 乏燃料特点： 刚卸出的放射性比活度在106Ci/tHM以上。 比活度在离堆后几年内急剧降低。 冷却40a后的比活度降至刚离堆时的1/1000以下。 年,比活度,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,核燃料后处理 乏燃料特点： 开始 1000a 放射性的主要贡献者是裂变产物； 此后其放射性主要源自锕系元素 及其子体元素。 较短寿命的核素 存放 300a 内即可衰变至无害水平。 乏燃料中锕系元素及其子体的放射性活度比后处理高放废

42、物的放射性活度高 12 量级 乏燃料衰变至无害水平所需 时间需105a以上。 放射性毒性,Company Logo,二 放射性废物来源,1、民用核燃料循环,核燃料后处理 乏燃料后处理工艺有水法、干法两种。 水法：沉淀法、离子交换法和溶剂萃取法； 干法：氟化挥发法、氯化物熔盐法和高温电解法等； 目前已商用化的为水法后处理过程（即PUREX流程）。 乏燃料去壳和溶解； TBP溶剂萃取，实现铀钚共萃取（共去污）； 铀、钚分离和纯化，回收的钚、铀供循环使用。,Company Logo,二 放射性废物来源,后处理流程示意图,Company Logo,一 核废物管理概述,1、放射性基础知识,典型的普雷克斯

43、工艺流程示意图,铀/钚第二纯化循环,1A,1B,1C,2D,2E,3D,3E,2A,2B,3A,3B,首端,来料,U，Pu,U,Pu,UO2(NO3)2溶液,Pu(NO3)4溶液,铀/钚第三纯化循环,共去污分离（第一）循环,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程示意图,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程示意图,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理铀钚共去污循环流程,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程产生的废物 高放

44、废液 中放废物（废液和固体废物） 非废物 废物 低放废物 非废液 废液 固体废物 放射性废气 燃料组件及结构材料废物,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程产生的废物高放废液 高放废液为铀钚共去污循环中产生的萃余液， 其体积小而包含全部裂变产物的99.9以上。 高放废液的产生量 处理乏燃料元件 1t 产生高放废液 5000L 蒸发浓缩后减少到 400L,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核技术应用,Company Logo,二 放射性废物来源,Company Logo,二 放射性废物来源,Company Logo,二 放射性废物来源,

45、Company Logo,二 放射性废物来源,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程产生的废物高放废液 组分 浓度，g/L 放射性浓度，GBq/L 衰变热功率，W/L （5a） （6a） （10a） （1a） （10a） FPs 57.75 1.5105 2.27104 17.7 1.81 An 16.79 3929 1898 3.56 1.69 FPsAn 74.5 1.54105 2.46104 21.35 3.50 化药 157.6 *以处理每吨铀产生378L高放废液作基准,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃

46、料后处理高放废物体积 （基准：1GWe核电站运行一年）,www.world-nuclear,org (Aug 2008),Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程产生的废物中放废液 中放非废物：从乏燃料贮存设施中产生 中放废液（110L/tHM)： 1）燃料溶解尾气的洗涤液； 2）焚烧炉尾气清洗液； 3）去污溶液； 4）污溶剂（即TBP）洗涤液； 5）高放废液除雾洗涤器溶液； 6）操作区的污水。 中放固体废物： 废离子交换树脂、硅胶、银沸石、可燃性的垃圾、不可燃 的垃圾、废设备和过滤器等。,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核技术应用,

47、Company Logo,二 放射性废物来源,4、核技术应用,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程产生的废物低放废物 低放废物 低放废液： 污溶剂洗涤废液。 低放固体废物： 纯化后的硝酸钚转化为氧化钚 的过程， 如纸张、橡胶、塑料、实验室设备、过滤器、 废物焚化和铀氟化过程产生的灰渣等；,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程产生的废物低放废物 低放非废物 低放非废液： 废液蒸发冷凝液、 酸回收冷凝液、 实验室废液、 燃料组件冷却水、 废物处理过程中产生的二次废水。 这类废液除含氚外、少量裂片元素和锕系元

48、素。 低放非固体废物,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程产生的废物放射性气体废物 工艺尾气 在后处理的首端操作（切割、溶解）过程中， 会释放出一些半衰期较长、有较高产率的挥发性核素， 主要是: I-129 Kr-85 H-3 C-14 通风排气：主要是放射性气溶胶，水平较工艺尾气低很多；,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,乏燃料后处理流程产生的废物燃料组件及结构材料废物 乏燃料溶芯后的包壳切片（约几厘米长） 燃料组件及其定位支架 放射性来源：中子活化反应； 产生地点：元件剪切和溶解等首端处理过程； 其它成份：含有未

49、溶解的氧化物燃料，约占原始装料总量的0.050.1%。 燃料辐照过程中产生的氚，约有50%存在于这类废物内， 其中一部分以ZrT2形式存在，另一部分以Zr-HT形式存在。,Company Logo,二 放射性废物来源,2、军用核燃料循环,其所涉及的核燃料循环与民用核燃料循环基本相同； 与民用核燃料循环的不同之处: 为生产武器级铀，235U的丰度须达到90%以上； 为生产武器级钚，铀元件在反应堆中辐照的燃耗很浅 （1000MWd/tHM左右），使239Pu的丰度高于93%。 军用核燃料循环废物中 放射性核素的成份和放射性水平差别很大；,Company Logo,二 放射性废物来源,3、核技术应用

50、,非核燃料循环产生的废物 放射性同位素生产； 放射性同位素的各种应用； 核研究中心的各种研究活动；,Company Logo,二 放射性废物来源,3、核技术应用,Company Logo,二 放射性废物来源,3、核技术应用,城市放射性废物通常可分为下列六种形式： 各种污染材料（金属、非金属）和劳保用品； 各种污染工具设备； 零星低放废液固化物； 试验的动物尸体或植株； 含放射性核素的有机闪烁液（大于37Bq/L） 废放射源；,Company Logo,二 放射性废物来源,3、核技术应用,放射源分类原则,按照放射源对人体健康和环境的潜在危害程度； 从高到低将放射源分为、类； V类源的下限活度值为

51、该种核素的豁免活度。,Company Logo,二 放射性废物来源,3、核技术应用,放射源的分类 类源，极度危险源：辐射装置等； 没有防护情况下，接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡； 类源，高度危险源：工业照相源； 没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人死亡; 类源，危险源：固定工业测量； 没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡; 类源，低危险源：仪器源； 基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤; 类源，极低危险源：医疗诊断 不会对人造成永久性损伤。,Company Logo,二 放射性废物

52、来源,3、核技术应用,类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡； 类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人死亡; 类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡; 类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤; 类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。,国家环境保护总局公告 2005年 第62号,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核技术应用,放射性污染防治法： 国家环保部门从放射源购买到源的终止使

53、用（从源头到坟墓），实行放射源全程监管 。,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核技术应用 废放射源的处理与处置,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核技术应用,Company Logo,二 放射性废物来源,3、核技术应用,医用废物 大部分所含放射性核素半衰期较短，如32P、131I、125I、198Au、99Mo、99Tcm等； 处理方法：贮存放置一段时间后解控。 该法的放置时间通常相当于放射性核素的10个半衰期。 这一方法简便可靠易行，在医学研究中应用较广泛。 1996年我国卫生部文件（GB163601996）又进一步明确规定，医用短半衰期放射性废物，其比活度降

54、低到7.4104Bq/kg，可按医用垃圾处理，使得医用放射性废物的处置更趋合理化。,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核设施退役,核设施： 规模生产、加工、使用、贮存或处理处置放射性物质，需要作安全考虑的设施。 核动力厂（核电厂、核热电厂、核供汽供热厂等） 其他反应堆（研究堆、实验堆、临界装置等）； 核燃料生产、加工、贮存和后处理设施； 放射性废物的处理和处置设施；,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核设施退役,核设施退役： 解除一座核设施的部分或全部监管控制所采取的行政和技术活动。 退役的最终目标是无限制开放和利用场址。 核设施退役三种策略： 立即拆除； 延缓

55、拆除； 封固埋葬。,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核设施退役,核设施退役废物的分类： 气载放射性废物： 主要产生于切割、去污和清污过程； 主要是放射性气溶胶和污染烟尘； 液体放射性废物： 主要产生于去污和切割过程，特别是采用水力喷射去污或切割； 放射性固体废物： 退役的主要废物，数量和种类很多，如污染废钢铁、废电缆、污染工器具、建筑物内墙剥离物、污染土去污擦拭物、建筑垃圾、污染劳保用品等；,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核设施退役,核设施退役废物的特点： 废物量比该设施正常运行产生的大得多； 大部分只是轻微放射性污染废物； 可能产生超大体积和超重量的大件

56、废物； 废物的放射性水平变化可能较大； 可能产生有毒危害废物；,Removal of lead glass,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核技术应用,Company Logo,二 放射性废物来源,4、核技术应用,Company Logo,二 放射性废物来源,2、民用核燃料循环,核设施放射性废物,低中放废物,高放废物,铀矿采冶,铀浓缩,元件制造,核反应堆,化工后处理,核反应堆,化工后处理,乏燃料贮存,Company Logo,二 放射性废物来源,5、天然存在的放射性物质,NORM （Naturally Occurring Radioactive Materials） 自然界一直是放射性的主要产生者： 估计海洋中NORM约为10 000EBq（ E，exa-, 1021 ）。 巨大的原始放射性物质的矿床分布在地表和地壳下面。 火山喷发、矿水喷泉，侵蚀和沙迁移等自然过程都能将 部分NORM带进人类居住环境。 非核能应用生产活动产生大量放射性废物： 磷酸盐矿处理、磷酸盐