核燃料循环系统

　第20卷　第3期核科学与工程Vo1.20　No.3

　2000年　9月Chinese Journal of Nuclear Science and Engineering Sep.　2000

核燃料循环系统3

刘远松

(中国核工业集团公司核燃料部)

1　前 言

在“核燃料立足于国内”的方针指引下,“九五”计划期间我国核燃料工业与我国核电同步建设、配套发展,“十五”计划期间核燃料系统也必将与我国核电配套发展。在“十五”计划期间的配套建设中,我们将继续走引进与国产化相结合的道路,积极采用先进技术和先进工艺,追求规模效益,把我国核燃料系统建成具有国际竞争能力的行业。然而要实现这一目标,在铀转化、铀浓缩、元件制造、后处理、放射性废物处理和核设施退役这些领域中还有许多重大技术问题有待于解决,还有待于我国核工业的科技人员的相互合作和共同努力。

2　中国核工业集团公司核燃料部所属民用领域简介

氟化转化铀浓缩元件制造

后处理退役、三废处置

3　各领域简介

311　氟化转化

(1)原理

氟化转化是将氧化铀经过氢氟化反应生成四氟化铀,然后经氟化反应转变为六氟化铀的过程。

(2)六氟化铀的用处

1909年德国化学家发现了六氟化铀。由于六氟化铀易于升华以及天然氟只有19F的单一同位素,这使六氟化铀成为同位素分离工厂惟一的工作介质。

312　铀浓缩

提高铀同位素混合物中235U的丰度的过程称为铀浓缩。主要工业铀浓缩方法为扩散法

收稿日期:199928220

作者简介:刘远松,1982年毕业于山东化工学院化工机械专业,1989年获铀同位素专业硕士学位,现任中国核工业集团公司核燃料部副总工程师。

3本文对原报告做了删节。

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和离心法,目前世界上正在探索激光法。

(1)扩散法

根据六氟化铀2235和六氟化铀2238气体分子通过微孔扩散速度不同来分离铀同位素。基本分离元件是带有大量微孔的分离膜。

(2)离心法

根据质量不同的六氟化铀2235和六氟化铀2238气体分子在离心机离心力场中的平衡分布不同来分离铀同位素。离心机分为亚临界离心机和超临界离心机两种。

(3)激光法

利用铀同位素谱线的位移现象,选择合适的激光束照射要分离的分子或原子蒸气,使其中一种铀同位素组分离解或被电离而达到铀同位素分离的效果。

313　元件制造

(1)压水堆元件

首先将铀浓缩厂的产品———U F6转化为UO2粉末,然后经UO2芯块制备、燃料棒制造及组件部件制造和最终组件组装而制成压水堆元件。

(2)重水堆元件

直接将水冶厂的产品———铀浓缩物转化为UO2粉末,之后的制造过程与压水堆元件的UO2芯块制备、燃料棒制造及组件部件制造和最终组件组装过程基本相同。

314　乏燃料后处理

(1)作用

提取和纯化铀和钚,并提取有用的裂变产物和其它超铀元素。

(2)Purex(普雷克斯)流程

目前世界上普遍认为Purex(普雷克斯)流程即水法磷酸三丁酯(TBP)萃取流程是一个经济可靠的乏燃料后处理方法,已被普遍应用。Purex(普雷克斯)流程的主体大多由共去污2分离循环、钚净化循环和铀净化循环组成。共去污2分离循环实现铀、钚与裂变产物的分离以及铀与钚的分离,钚净化循环和铀净化循环进一步纯化和浓缩钚和铀的硝酸溶液。硝酸钚经沉淀和煅烧转化成PuO2产品,硝酸铀酰经湿法或干法转化成UO2产品。

(3)特点

由于乏燃料的强放射性,必须采用远距离操作、控制和检测的方法,必须考虑射线对后处理工厂选用物质的辐照效应。临界问题也是十分重要的问题。

315　放射性废物处理和核设施退役

(1)放射性废气处理

一般采用过滤吸附的方法,即废气中的放射性核素被过滤器吸附,而通过的气体被大气稀释。

(2)放射性废液处理

放射性废液分为:弱放、低放、中放和高放废液四类。

目前国际上通常采用的处理工艺为:

弱放———稀释排放。

低放和中放———化学沉淀、离子交换、蒸发浓缩、絮凝过滤等方法将其中的放射性核素浓缩,浓缩的放射性废物(高放废物除外)通常用水泥固化在金属筒中。

高放———目前尚无满意的方案可供使用,但倾向于减容后进行玻璃固化、沥青固化、聚合固化

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或水泥固化。

(3)放射性固体处理

低放———切割、去污、压缩减容、焚烧和封装。

中放———压缩减容、焚烧和封装等。

高放———最终处置。

对含超铀元素等长寿命的放射性废物的最终处置,倾向于深地层长期存储。

(4)核设施退役

核设施种类很多,退役采用的方式不同。反应堆的退役废物主要为中子活化部件,而后处理厂退役废物主要由放射性污染造成的。

(上接第243页,Continued from page243)

为了形象地描述这些研究手段与研究对象之间的关系,可以以模拟氢弹物理过程为例,用图解来表示:

氢弹的物理过程大致可分为初级中的高能炸级爆轰、内爆、裂变燃烧、助爆燃烧、辐射流、次级的内爆、燃烧(聚变和裂变)和爆炸、各种效应的产生等八个阶段。在建模和模拟时,必须结合地面实验(A GEX)中全尺寸、全能量密度或真实核材料的实验数据,理论和实验室规模的科学研究和实验数据;结合档案中以往核试验数据以及专为检验建模和模拟有效性而进行的实验。这样反复实验,不断改进,最后得到有关核武器安全性、可靠性的准确预言。

总起来说,在禁核试之后,美国将通过“SBSS”“ASCI”等计划的实施,对核武器物理过程的规律性作更深入、更精细、更确切的研究和了解,这与以往主要靠核试验提供综合信息相比,要求更高了,也更费钱。所以有人指出,禁核试之后,有核国家围绕核武器研究将在一个更高水平上,更深的层次、更难、更复杂的条件下展开新的竞争。

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