核燃料循环与乏燃料后处理、分离与嬗变思想.pptx

1、核燃料循环与乏燃料后处理、分离与嬗变（P/T）思想,核燃料循环,必要性： 1、补充裂变物质 2、过分的腐蚀与辐射损伤 3、回收转化得到的裂变物质 4、从回收物质中去除吸取中子的裂变产物,乏燃料,乏燃料 辐照核燃料,大量未用完的可增殖材料： 铀238或钍232,未烧完的和新生成的易裂变材料钚239、铀235或铀233,在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素,裂变元素锶90、铯137、锝99,其它,乏燃料的影响,30300年，Cs（铯）和Sr（锶）是主要的放射性来源,30010 000年钚和镅是主要放射来源,10 000250 000年，铀同位素占主要来源,250 000年以后， Np（镎）、 I

2、和 Tc（锝）是最主要的放射源,时间,后三种核素是最麻烦的因为在环境条件下，其都以可溶的形式存在。,核燃料循环,乏燃料后处理的意义,资源的充分利用： 乏燃料中资源丰富 循环增加利用率，增加使用年份,乏燃料后处理的意义,减轻环境保护负担： 乏燃料体积大幅减小 放射性水平大幅减弱 没有固化后融化的隐患,乏燃料处理方法,一次通过循环 闭式循环： 水法 干法,一次通过循环,铀的利用率0.7% 填埋： 空间：1吨核废料=2立方米 污染：放热，融化，地下水,铀资源,常规铀资源： 已知铀资源：470万吨 推测铀资源：1000万吨 非常规铀资源： 磷矿：2200万吨 海水：40亿吨,铀资源问题,常规铀资源只能

3、支持几十年,水法过程,冷却与首端处理：冷却将乏燃料组件解体，脱除元件包壳，溶解燃料芯块等。 化学分离：即净化与去污过程，将裂变产物从U-Pu中清除出去,然后用溶剂淬取法将铀-钚分离并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来。 通过化学转化还原出铀和钚。 通过净化分别制成金属铀（或二氧化铀）及钚,Purex process,用稀释的磷酸三丁酯（TBP）做有机溶剂，水相中加入硝酸。 优点： 废物量减少 工艺条件和应用方面有较大的灵活性 由于溶剂闪点较高而减小了着火的概率 降低了运行费用 原理：萃取,TBP-磷酸三丁酯,化学稳定性，挥发性小,与水仅稍微混溶 在很强的辐照场下发生部分分解，分解产物磷酸二

4、丁酯和磷酸一丁酯可用碱溶液洗除，因此它容易再生使用。 密度与水相近，粘度较大，需要加入稀释剂以降低密度和粘度。,Purex process流程,准备：核燃料溶解于硝酸；调节PH与浓度，使钚处于四价状态。,铀和钚被TBP萃取，实现铀、钚与裂变产物的初级分离。,稀硝酸反萃取铀、钚。,蒸浓,调节硝酸和铀的浓度,并使钚重新处于四价状态。,Purex流程的分离净化效果,铀中除钚的分离系数 10 6 钚中除铀的分离系数 10 7 钚中除裂变产物的净化系数 10 8 第一萃取循环 2* 10 4 第二萃取循环 2* 10 3 铀中除裂变产物的净化系数 10 7 第一萃取循环 2* 10 4 第二萃取循环 5

5、* 10 2 铀、钚回收率 99.9%,干法,在高温下进行 优点： 采用的无机试剂具有良好的耐高温和耐腐蚀和耐辐照性能； 工艺流程简单，设备结构紧凑； 试剂循环使用，废物产生量少。,干法,利用U，Pu 的氟化物与裂变产物的挥发性不同来实现分离。 虽然分离过程的概念简单，但是实际操作中设备材料腐蚀严重、Pu 的挥发性与非挥发性形态间的转变困难。,利用U 和裂变产物在熔融氯化盐和液态金属Bi 体系中的分配比差异来实现分离。,氟化挥发法,熔盐金属萃取法,熔盐电精制,电解精致过程图,PYROX流程,乏燃料中超过98%的U 被还原成金属U，而Cs，Sr 和Ba 进入熔盐，TRU、稀土和贵金属仍留在阴极吊篮中，大部分稀土和Zr 仍然以氧化物的形式存在。,处理LWR 氧化物乏燃料的PYROX 流程示意图,电还原处理氧化物燃料,氧化物燃料电还原处理的原理示意图,氟化挥发法,DDP流程的改进,JAEA提出的DDP改进流程的物料计算,FLUOREX流程,氟化挥发法与水法后处理流程相结合,FLUOREX流程处理氧