高温气冷堆乏燃料元件的最终处置

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1、唐春和等:高温气冷堆乏燃料元件的最终处置①高温气冷堆乏燃料元件的最终处置②唐春和肖宏伶(清华大学核能技术设计研究院北京100084)摘要用既安全又经济的办法处理高温气冷堆乏燃料元件是高温气冷堆发展的重要课题。根据高温气冷堆乏燃料元件的特点,分析了对乏燃料元件进行后处理和直接最终处置的处理办法。关键词高温气冷堆,乏燃料元件,后处理,直接最终处置。于球床堆,平衡状态下在堆芯中约有27000个燃料0引言元件。燃料元件为球型,由约8300个包覆燃料颗经济的高速发展和人民生活质量的不断提高对粒弥散在石墨粉中压制成的,直径是60mm。包覆能源的需求迅速增长,核能是当今一

2、项技术成熟、燃料颗粒是在UO2核芯表面依次化学气相沉积疏可以大规模替换化石燃料的能源,其中高温气冷堆松热解碳(PyC)层、高密度各向同性PyC层、是一种固有安全性好、能用于高效发电和高温工艺SiC层和高密度各向同性PyC层制成的。燃料元件[1]供热的先进核反应堆,它有望在下个世纪能得到推的结构见图1,主要参数列在表1中。清华大学广应用。核能技术设计研究院已研制成功高温气冷堆燃料元10MW高温气冷实验堆属于模块式球床堆,件,并正在为10MW高温气冷堆生产这些元件。使用的核燃料为低富集度的铀,制成的球型燃料元件在堆中多次通过后,平均燃耗深度达到-180000MW

3、d·T(U),核燃料循环过程中积累的裂变产物使乏燃料元件带有很强的放射性。反应堆满功率运行时平均每天卸出25个乏燃料元件,在10MW高温气冷实验堆20年的设计寿期内,共卸出约9万个乏燃料元件。如高温气冷堆能得到推广,仅一个热功率为200MW的高温气冷堆,每年图110MW高温气冷实验堆球形燃料元件卸出的乏燃料元件就有9万多个。因此研究高温气连续装卸料是球床高温气冷堆的重要特点。球冷堆乏燃料元件的安全、经济、合理的处理方案和形燃料元件从堆芯顶部装入,在自重作用下按不同技术是高温气冷堆发展的一个重要课题。流线和速度从上向下流动,在堆芯的锥形底部通过高温气冷堆乏燃料

4、元件的处理方案主要有两直径为500mm的卸料管排出堆外,未达到设计燃种:一种是乏燃料元件经过适当的贮存后,进行后耗值的元件通过提升器重新送入堆芯作再循环,已处理,回收裂变材料和有用的裂变产物,对其它裂达到设计燃耗的元件送到乏燃料库贮存。10MW变产物作为放射性废物进行处置;另一种是乏燃料高温气冷堆满功率运行时,每天将有25个乏燃料元件经过适当的贮存后,直接埋元件送到贮存库。藏到深地层中。本文对这些处理经过堆内多次循环,达到80000MWd·T-1方案进行了分析。(U)的乏燃料元件除含有未烧尽的裂变材料外,1高温气冷堆燃料元件还含有大量的气态和固态放射性裂变产

5、物,因而乏燃料元件具有很强的放射性。表2给出了10MW10MW高温气冷实验堆属高温气冷堆达到80000MWd·T-1(U)燃耗的燃①863计划资助项目(8632614202202)。②男,1943年生,研究员,博导;研究方向:核材料;联系人。(收稿日期:1999209206)—83—高技术通讯2000161料元件的放射性活度和所含的主要放射性裂变产物[2]。表110MW高温气冷堆燃料元件主要参数235-3U富集度/%17SiC层密度/g·cm≥3.18UO2核芯直径/mm0.5外致密PyC层厚度/μm40UO-3-32核芯密度/g·cm≥10.4外致密PyC

6、层密度/g·cm1.9包覆燃料颗粒直径/mm0.91球形燃料元件直径/mm60-3疏忪PyC层厚度/μm95球形燃料元件密度/g·cm≥1.70-3疏忪PyC密度/g·cm≤1.10球形燃料元件含U量/g5内致密PyC层厚度/μm40球形燃料元件压碎强度/kN≥18-3-1-1内致密PyC层密度/g·cm1.9球形燃料元件导热系数/W·mk≥25SiC厚度/μm35球形燃料元件的自由铀含量≤3×10-4表2燃料球卸出后放射性活性(Bq)随时间的变化(以2000个球计算)卸料后3H85Kr85mKr88Kr89Kr90Kr110mAg131I133I135I1

7、31mXe133Xe135Xe134Cs137Cs时间(T)05.07×10111.05×10131.72×10144.92×10146.85×10146.70×10134.37×10115.18×10141.08×10158.77×10145.14×10121.08×10154.18×10146.03×10139.10×10131min5.07×10111.05×10131.72×10144.88×10146.85×10146.70×10134.37×10115.18×10141.08×10158.77×10145.14×10121.08×10154.18

8、×10146.03×10139.10×10131h5