最新核燃料循环教学讲义ppt课件.ppt

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1、核燃料循环第八章核燃料循环核燃料含有易裂变核素，能够在反应堆内实现自持链式核裂变反应的物质叫做核燃料。它主要由易裂变核素和可转换核素两种成分组成。易裂变核素(fissilenuclides)：是指能与慢中子作用而产生裂变的核素。通常又把含有一种或几种易裂变核素并在适当条件下能达到临界的材料称为易裂变材料。主要易裂变核素有235U、239Pu和233U，241Pu也具有良好的裂变性能。可转换核素：是指俘获中子后能直接或间接地转变为易裂变核素的核素。通常又把含有一种或几种可转换核素的材料称为可转换材料(fertilematerial)。主要的可转换核素

2、有238U和232Th，240Pu和234U也能起可转换核素的作用。可转换核素本身虽不易为慢中子所分裂，但因它们能在吸收中子后转变为易裂变核素，所以天然铀(238U占99.274%)和天然钍(232Th)乃是最基础的核燃料。天然铀是目前最主要的核燃料来源，它既可直接用作生产堆和重水型动力堆的燃料，也可通过同位素分离获得用途更广泛的浓缩铀。按燃料布置型式分类的反应堆从核燃料后处理的角度看，按堆芯燃料布置型式，把反应堆划分为均匀和非均匀两大类更有实际意义。对此两种类型反应堆的辐照材料有完全不同的后处理方式。对均匀堆而言，多为流体性燃料，一般可采用连续后

3、处理方式，进而大大简化了处理流程。而对非均匀堆，燃料通常以固体燃料元件方式装卸，只能是分批进行后处理。由于多方面的原因，目前广泛使用和建造的反应堆多数仍属非均匀堆，均匀堆还只是处于试验阶段。第五章核素图和同位素手册核燃料循环核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧及以后的处理的整个过程称为核燃料循环。这个过程包括：铀（钍）资源开发、矿石加工冶炼、铀同位素分离和燃料加工制造，燃料在反应堆中使用，乏燃料后处理和核废物处理、处置等三大部分。也有一些国家考虑对乏燃料不进行后处理，或暂不考虑后处理。因此，前者为闭式核燃料循环（图1-1），后者为开式核燃料循环

4、或一次通过式核燃料循环（图1-2）。第八章核燃料循环反应堆后处理元件制造中间储存燃料获取铀矿开采废物处理处置乏燃料乏燃料堆后铀、钚新元件钚产品图1-1.闭式核燃料循环示意图新元件反应堆元件制造中间储存燃料获取铀矿开采乏燃料切割、包装最终处置库图1-2.开式或一次通过式燃料循环示意图第八章核燃料循环由于装在堆内的易裂变燃料必须经常保持（或大于）临界质量，否则不可能维持链式反应。为了要在一定运行周期内发出额定功率，堆内需留有超过临界质量的易裂变燃料，使反应堆活性区具有后备反应性。当燃料达到一定的燃耗(burnup)深度，由于燃料的消耗，以及运行期间产生

5、并积累的裂变产物的毒化效应，使后备反应性接近消失时，虽然燃料元（组）件中尚含有相当数量的易裂变燃料，也得把它从堆内卸出，换入新燃料。卸出的燃料元（组）件称为乏燃料(spentfuel)，其中含有大量的易裂变核素和可转换核素，包括原先装入未燃耗的和运行周期中在堆内转换生成的，均属价值贵重的能量资源。因此，需要经过后处理，将裂变产物分离出去，并回收这些易裂变核素和可转换核素，重新制成可用的燃料元（组）件返回反应堆复用，以构成核燃料循环。而一次通过式核燃料循环，它仅利用0.5%的铀资源，把乏燃料中尚存的235U、239Pu和238U等统统废弃不用，付诸永

6、久埋存，这种不经后处理的循环实不成其为循环。第八章核燃料循环核燃料循环按核燃料性质可分为铀系燃料的铀-钚循环方式和钍系燃料的钍-铀循环方式。铀-钚循环方式：包括热中子堆铀-钚循环和快中子增殖堆铀-钚循热中子堆铀-钚循环以235U作为易裂变燃料、以238U作为转换原料、生成239Pu的燃料循环，称为铀-钚循环。而轻水堆（热中子堆）铀-钚循环通常以低富集铀为燃料、以238U作为转换原料、生成239Pu的燃料循环。快中子增殖堆铀-钚循环快堆以239Pu为燃料，并装载占天然铀99%以上的238U，在堆中238U转化成为239Pu的量大于烧掉的239Pu的量

7、，并通过后处理把钚分离出来，作为快堆燃料的循环使用。因此，从最大限度利用铀资源的角度来看，应充分利用快堆铀-钚循环方式的优势。第八章核燃料循环钍-铀循环方式：以235U（或233U）作为易裂变燃料、以232Th作为转换原料、生成233U的燃料循环，称为钍-铀循环。在热中子堆中把232Th转化为另外一种核燃料233U，通过后处理把233U分离出来返回堆中循环使用。从我国钍资源较为丰富的角度来看，也应充分利用热中子堆钍-铀循环方式的优势。第八章核燃料循环~0.85%反应堆元件制造化工转化铀的浓缩中间储存铀的转化铀矿开采铀的转化前处理后处理暂时储存处理处

8、置长期储存库钚产品最终处置库乏燃料乏燃料堆后铀UO2UF6≈0.72%235U天然铀≈0.72%235UUF6≈3%铀元件