核燃料循环与乏燃料后处理、分离与嬗变思想.ppt

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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30—300年，Cs（铯）和Sr（锶）是主要的放射性来源300～10000年．钚和镅是主要放射来源10000～250000年，铀

2、同位素占主要来源250000年以后，Np（镎）、I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

3、：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Purexprocess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

4、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。Purexprocess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干法在高温下进行

5、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，

6、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流程处理氧化物燃料干法缺点分离效率较低批式操作，限制了流程的处理量对挥发产物的管理有困难对于强放射性环境下的操作设备的要求太高。高温强腐蚀（特别是氟化物体系）谢谢！