MOX燃料元件制造

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1、MOX燃料的生产及应用现状摘要：MOX燃料制造是“核燃料闭式循环”的关键性环节，MOX燃料的发展战略对于乏燃料后处理具有重要意义。本文简要回顾了MOX燃料的发展史，综述了轻水堆MOX燃料和快堆MOX燃料的生产和应用状况，并介绍了MOX燃料的制备技术，最后展望了我国发展MOX燃料的前景以及现实意义。1.MOX燃料发展简史MOX燃料是一种混合的铀-钚氧化物燃料(mixeduranium-plutoniumoxidefuel)的简称。二十世纪六十年代初，一些国家基于“快中子增殖堆能产生比其所消耗还要多的易裂变材料”这一概念，预计到这种新堆

2、型将给人类带来美好的能源前景时，确立了发展怏堆的技术路线。比利时、法国、美国、德国、意大利等国纷纷建立了钚实验室，开始进行乏燃料后处理，开发供快堆使用的MOX燃料。七十年代初，法国和美国率先在实验快堆内考验了MOX燃料组件。与此同时，德国、瑞士、法国、英国也开始在轻水堆内引入MOX燃料组件。截止到八十年代，大多数已建成的快堆都成功地使用了MOX燃料。然而八十年代中期以后，由于技术、政治和经济等方面的诸多原因，世界范围内快堆发展计划受挫，许多国家取消或推迟了快堆发展进程，从而促使欧洲一些国家改变策略，把工作的重心转移到在轻水堆中实施M

3、OX燃料的再利用和再循环，以消耗因发展快堆MOX燃料而贮存的大量钚。在这一时期，他们着重研究了在轻水堆(LWR)(含压水堆(PWR)和沸水堆(BWR))以及重水堆(HWR)电站中使用MOX燃料的技术条件，使之在轻水堆电站中的应用达到了工业规模。2.MOX燃料的生产与应用现状截止到2007年，全世界已有5个国家的40座以上的LWR获得了MOX再循环许可。其中，法国20座，德国12座，瑞士4座，比利时2座，日本2座，大约30多座MOX燃料热堆在运行。据统计，有33座LWR已装有MOX燃料并投入使用，其中包括31座PWR，2座BWR（位于

4、德国）。由于轻水堆MOX燃料与快堆MOX燃料在制造时，芯块中PuO2与UO2的比例、元件棒包壳材料和燃料组件结构有所区别，现将两种不同类型MOX燃料的生产与应用现状予以分述。2.1轻水堆-MOX燃料生产与应用现状根据2007年IAEA统计，全世界运行的商业核反应堆机组共435套，总装机容量为3.69×105MWe，每年约需6.65万吨铀。预计到2025年。世界核电装机容量将增至4.49-5.33×105MWe．届时铀的需求量将增至8.2-10.1万吨。现役核电站反应堆除使用UOX燃料外，也使用了MOX燃料。截止到2000年，己有22

5、00套以上的MOX燃料组件在法国、德国和比利时等国家的33个PWR和BWR机组中使用，平均燃耗达40GWdHM/t。实践证明在轻水堆中循环利用MOX燃料可达到与UOX相似的性能。目前世界上正在运行的制造轻水堆-MOX燃料厂有：法国的卡达拉希厂(CFCa)和梅洛克斯厂(MELOX)，英国的塞拉菲尔德厂(Sellafield)，日本的东海村和六所村厂，俄罗斯的车里雅宾斯克联合企业。MOX燃料的制造工艺业已日臻完善，并积累了工业生产经验。2.2快堆-MOX燃料生产与应用现状1946年世界上首座实验快堆，美国克列门汀(Clementine)

6、达到临界(额定热功率为25kW)。1951年美国EBR-1实验快堆首次实现发电(额定热功率1200kW，发出电功率200kW)。到1980年美国又建成各种目的快堆6座。截止到上世纪末，美国、俄罗斯、法国、英国、德国、日本和印度等七个国家，共计建成大小钠冷快堆18座，积累了300多堆·年的运行经验。其中俄罗斯积累了125堆·年的运行经验，约占40％，在可靠性、安全性和经济性方面保持了较高的水平。特别是BN-600原型快堆电站已运行24年，平均负荷因子超过了74％。目前尚有四个国家，即法国、俄罗斯、日本和印度有快堆仍在运行。至于英、美和

7、德国都曾发展过快堆和相关MOX燃料制造工艺，但是这些设施均先后披拆除或封存起来。3.MOX燃料的制备技术MOX燃料的制备工艺与UO2燃料类似，都是长度和直径约10mm的陶瓷块，用锆台金管作包壳材料。所不同的是MOX燃料的原料为UO2粉末和PuO2粉末，需充分混合均匀，并在烧结时形成UO2和PuO2的固溶体。另外由于钚的极毒性和临界质量极小，所以MOX燃料生产设施，防护条件比U02燃料苛刻得多。其生产工艺流程见下图：3.1国外MOX燃料的制备技术概况MOX燃料元件的制备过程主要包括氧化物粉末的混合、芯块制备、燃料棒制造和元件组装等工序

8、。MOX燃料棒的制造工艺有芯块法和振动密实法两种工艺路线，无论是在加工工艺方面，还是在性能测试、理化检测方面国外均已建立了相应的标准。当用振动密实法进行燃料棒制造时，最重要的就是先得到成分均匀的混合氧化物燃料粉末；当用芯块法进行燃料棒