核燃料循环后端PPT课件
五核燃料循环完ppt课件
核燃料循环
1 核燃料循环 2 铀资源 3 勘探与采冶 4 转化 5 浓缩 6 元件制造 7 堆内使用和暂存 8 核燃料的处理
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
铀浓缩
铀－235同位素的浓度 天然铀：0.712％（CANDU） 浓缩铀：2(轻水堆)~10％，低浓缩铀、高浓缩铀 贫料铀：0.2%（未料）
铀浓缩 --同位素分离
铀同位素分离扩散机群
Gaseous diffusion
铀同位素离心级联
Ultracentrifugation
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世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
美国
价格
南非
澳大利亚
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
世界铀资源用于反应堆的产能效率
按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤
天然铀资源
用于热中子反应堆
6.1 核燃料循环 Nuclear Fuel Cycle
前端
后端
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
核燃料循环PPT课件
第五章 核素图和同位素手册
FWHM（60）： 峰康比：64：1 相对效率（60） ：40％
图3 HPGe谱仪60Co能谱图
第五章 核素图和同位素手册
图4 14C标准溶液的液闪谱 图5 90Sr-90Y样品的液闪谱
第五章 核素图和同位素手册
图6 纯化后239Pu 谱图
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或一次通过 式核燃料循环（图1-2）。
于1） G3 增殖堆（核燃料转换比大于1）
H．新堆 型开 发阶 段
H1 实验堆 H2 原型堆 H3 商业示范（验证）堆
I1 重水堆，有压力容器式和压力管式之分
I．结构型 式
I2 钠冷快堆，有池式与回路式之分 I3 高温气冷堆，有球床式与柱床式之分 I4 轻水型研究试验堆，有游泳池式、水罐式与
池内罐式之分
479.5 187W 510.6 & 511.0
1460.8 40K
650
600
550
536.7 184Ta 551.5 187W 567.2 583.2 610.5 615.3 618.4 187W 625.5 187W
654.9
685.8 187W
250
200
150
100
50
30.7 179W 58.0 W-K1 & 59.3 W-K2
核电厂核燃料ppt介绍原理70页PPT
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
核电厂核燃料ppt介绍原理
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
END
核燃料后处理工学 PUREX(课堂PPT)
5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）
9
5.2 共去污-分离循环
(一)过程概述
(2) 1B槽（铀钚分离槽）
➢ 1BX：还原反萃剂 ➢ 1BS：补充萃取剂 ➢ 1BP：水相反萃液 ➢ 1BU：含U有机相
10
5.2 共去污-分离循环
(一) 过程概述 (3) 1C槽
➢ 1CX：铀反萃取剂 ➢ 1CU：含铀水相反萃液 ➢ 1CW：污溶剂
✓ 依据：
• 当1AF料液中锆铌含量比钌多时
✓ 优点：
• 由于采用较高铀浓度的料液而提高了设备的生产能力； • 降低了强放废液1AW的硝酸浓度。
✓ 缺点： • 增加了铀/钚净化循环除钌的负担。
16
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ③ TBP浓度 ➢ 所处理对象
➢ 高加浓铀燃料元件 • 2%-15%(体积)TBP浓度 ➢ 天然铀及低加浓铀燃料元件 • 30% (20%-40%) (体积)TBP浓度 • 生产能力 • 水力学性能 • 铀/钚和裂片元素分配系数
核燃料化学工艺学
Part Ⅱ 核燃料后处理
第五章 溶剂萃取工艺过程
第十三讲 聂小琴
1
第五章 溶剂萃取工艺过程
5.1 普雷克斯流程概述 5.2 共去污-分离循环 5.3 钚的净化循环 5.4 铀的净化循环
2
5.1 普雷克斯流程概述
普雷克斯 (Purex: Plutonium Uranium Recovery by Extraction—萃取回收铀钚)
13
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ① 料液铀浓度
✓ 高(生产能力/进料级的铀饱和度) ✓ 太高(粘度/密度/流动性)
核燃料循环
铀同位素分离扩散机群
铀同位素离心机联
铀的浓缩
--因为同位素有几乎相同的化学特性，不易用化 学分离因此铀的浓缩是精炼油的物理过程
--利用微小质量差分离U238和U235 --浓缩厂的最终产品为UF6
铀浓缩厂
铀的浓缩
1.气体扩散法 最成功、最经典的方法、商业开发的第一个浓缩方法，利用不同质量 的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。 轻同位素气态时移动较快，更快通过多孔分离膜抽取，通过的气体被 送到下一级 ，达到反应堆,需要1000级以上 美国、法国等使用 2.气体离心法 通过重力和离心场分离，重的在外，近轴处的气体被导出送入下一台 离心机，单位分离功耗电只是气体扩散法的5%，成本下降了75% 日本、欧洲等使用 美国当年在日本广岛投放的原子弹就是通过这种技术制成的。 3.气体喷嘴法 高速吹向凹型壁，惯性和离心力使重物近壁 面 喷嘴法的单级分离系数介于气体扩散法和离 心法之间，比能耗和比投资与气体扩散法相当 或略大。由于气体动力学法的比能耗和比投资 都很高，已经成功应用扩散法的国家一般都不 再研制气体动力学方法。
铀矿冶是指从铀矿石中提出、 浓缩和纯化精制天然铀产品的过程。 铀矿冶是核工业的基础。
目的是将具有工业品味的矿石， 加工成有一定质量要求的固态铀化 学浓缩物， 以作为铀化工转换的原 料。
在铀矿冶中，由于铀含量低、 杂质含量高、腐蚀性强，又具有放 射性， 铀的冶炼工艺比较复杂，需 经多次改变形态，不断进行铀化合 物的浓缩与纯化。
图1-3 轻水堆电站、铀-钚燃料循环示意图
黄 华
前言
核燃料循环，为核动力反应堆供应燃料和其后的所有 核燃料循环 处理和处置过程的各个阶段。它包括铀的 采矿，加工提纯，化学转化，同位素浓缩，燃料元件 制造，元件在反应堆中使用，核燃料后处理，废物处 理和处置等。
核燃料循环第一章(授课)
核燃料循环第一章核燃料循环第二章核燃料循环前段第三章燃料在反应堆的辐照第四章锕系元素及裂变产物元素过程化学第五章核燃料后处理第六章先进燃料循环第一章核燃料循环几千年来人类一直在为扩大能源、提高自己驾驱自然界的能力而奋斗。
在掌握原子能以前，人类利用的几乎一切能源，只涉及分子或原子的重新组合，不涉及原子核部结构的变化。
人类到20世纪初才逐步认识原子核。
人为地促使原子核部结构发生变化，释放出其中蕴藏的巨大能量并加以利用，是20世纪40年代才实现的，这就是原子能工业的开端。
当核能进入人们的生产和生活后，一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。
就全球围来说，能源是维持人类生存和发展的必要条件。
特别是对于发展中国家，要提高人民的生活水平，除了国外的和平环境外，教育、卫生、农业的发展和工业化的实现，均有赖于足够的能源供应，尤其是电力供应。
表各国人均一次能源消耗(2003年，单位: 人均吨当量油)当前，世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料，化石燃料不是可再生能源，用掉一点儿就少一点儿。
燃烧化石燃料向大气排放大量的“温室气体”二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物，并排放大量的烟尘，这些有害的物质对环境造成了严重的破坏。
核能不产生这些有害物质。
1987年，世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了“可持续发展”的概念。
为了实现可持续发展，人类迫切地需要新的替代能源。
在开发新型能源时，人们往往首先想到除水力资源外的可再生能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能等等。
但是这些可再生能源的能量过于分散、间断性，难以收集，因受多种条件限制，只能在一定条件下有限的开发，很难大量利用，估计每种能源在总能源利用中很难超过1％。
尽管太阳能是一种清洁的、可再生能源，但由于它的能流密度太低，在单位面积上得到的能量很小，一座1000MW的太阳能电站，为吸取太阳能的地面面积大约是108m2，要把这样大面积的太阳能收取和集中到发电站来所需的技术措施和经济代价都是难以接受的。
核燃料循环后端 PPT
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
乏燃料：大部分238U(95%)， 235U（小于0.83%）, 一定数量Pu（1％），裂变产物(约3%)
后处理的目的：提高资源利用——回收乏燃料中 的铀、钚进行再循环(MOX) 改进废物管理——减少废物体积， 实施先进燃料循环(P/T)
乏燃料经过冷却之后仍有很强的放射性，并有 很高的衰变热 核燃料循环中的非常重要的活动
—— 受国家和国际法规（IAEA）的限制 —— 受社会的高度关注
IAEA：国际原子能机构
可采用公路、铁路和 海上运输的方式 核运输是非常安全和成熟的商业活动
法国每年运输大约1,500万件危险品，其中: 30万件为放射性物品，15,000件与核燃料循环有 关 ，750件为燃料、乏燃料、HLW（高放废物）
机械设备实验大厅
中国第一座动力堆乏燃料元件后处理中间试验厂 （中试工程），兰州404厂
设计能力为日处理100公斤乏燃料
我国404厂的核燃料处理能力
日本的燃料再处理厂
青森県上北郡六ヶ所村大字尾駮字野附
乏燃料运输 一座1000MWe的PWR每年卸出乏燃料大约30吨，
经过一段时间的冷却之后要运离反应堆（离堆贮 存）
铀矿开采
新元件
反应堆
乏燃料
燃料获取
元件制造
中间储存
图1-1. 开式或一次通过式燃料循环示意图
切割、包装 最终处置库
铀矿开采
新元件
反应堆
乏燃料
燃料获取
元件制造
钚产品
中间储存
堆后铀、钚
后处理
乏燃料
废物处理处置 图1-2. 闭式核燃料循环示意图
• 我国核燃料循环相关企业情况
核工程导论-第新新四节核燃料循环
核电工程导论
第四章核燃料循环
重庆大学
第四章核燃料循环
⏹4.1 核燃料循环体系
⏹4.2 核燃料循环前端
⏹4.3 堆内燃料循环
⏹4.4 核燃料循环后端
4.1 核燃料循环体系Nuclear Fuel Cycle 前端
后端
Nuclear Fuel Cycle
核燃料循环系统
⏹
铀矿石开采和冶炼⏹
铀转化⏹
铀同位素浓缩⏹
核燃料元件制造⏹
核电站⏹
乏燃料后处理⏹废物处理前端后端
核燃料的制造
六氟化铀
黄饼矿石冶炼
转化
浓缩芯块
烧结组装
4.2 核燃料循环前端
⏹世界铀资源
⏹
⏹铀矿石开采和选冶Mining
⏹铀水冶
Uranium Ore Processing
⏹铀化合物的转化
Conversion (UO2, UO3, UF4, UF6, U3O8, U)
⏹铀的浓缩
⏹
Fuel Fabrication (AGR, FBR, GCR, LWR, MAGNOX, MOX, PHWR,
RBMK, Pellets)。
MOSART核燃料循环前端与后端工艺简介
燃料循环前端使用干法：其处理方法与MSR的在线后处理类似。在后处理的初始阶段， 利用氟化挥发工艺可以将U，Pu，Np从乏燃料中分离出来，而其它次锕系核素特别是 Am，Cm的无法分离，需要增加新的高温化学工艺流程。目前来看可选的工艺有熔盐 电化学技术和液态金属萃取技术（Molten-salt Electrochemical Processes or the Moltensalt / Liquid mes）
MOSART的熔盐在线净化b
该流程基于FLiNaBe盐，熔盐净化大体分为两个阶段第一阶段使用液态金属Bi萃取技 术，将绝大部分的次锕系核素分离出来，重新回堆燃烧。第二阶段利用蒸馏工艺将镧 系杂质从熔盐溶剂中去除。净化后的熔盐重新送回反应堆。目前第二阶段还在设计和 实验过程中。
MOSART的熔盐在线净化的优缺点
MOSART核燃料循环前端与后端 工艺简介
• MOSART的设计目标主要是为了嬗变压水堆乏 燃料中的超铀元素，其设计的燃料成分中以Pu 为主，含有10%-20%左右次锕系核素（主要为 Np和Am）a。 • MOSART燃料循环前端可采用的PWR乏燃料后 处理技术有湿法和干法两种b（湿法可采用 U/Pu共萃取技术，但是U/Pu共萃取技术不适用 于MOSART，因其主要是用来嬗变TRU）。其 核燃料前端防核扩散性能与目前核工业一致。 • MOSART核燃料循环的后端将采用干法后处理 技术。包括：He鼓泡系统，材料表面电镀 （plating），过滤，氟化，还原萃取，蒸馏， 共结晶（co-crystallization）等技术。详见表1。
表1 MOSART 干法熔盐在线净化方案a
MOSART燃料循环流程示意图---前端湿法b
燃料循环前端采用湿法模式，使用已有的核燃料后处理流程， 制备适合于MOSRART的燃料。其燃料中含有Pu的各种同位素 以及MA。文献b中给出了不同核素的分离提取效率。
核燃料循环第一章 (授课)
核燃料循环第一章核燃料循环第二章核燃料循环前段第三章燃料在反应堆内的辐照第四章锕系元素及裂变产物元素过程化学第五章核燃料后处理第六章先进燃料循环第一章核燃料循环几千年来人类一直在为扩大能源、提高自己驾驱自然界的能力而奋斗。
在掌握原子能以前，人类利用的几乎一切能源，只涉及分子或原子的重新组合，不涉及原子核内部结构的变化。
人类到20世纪初才逐步认识原子核。
人为地促使原子核内部结构发生变化，释放出其中蕴藏的巨大能量并加以利用，是20世纪40年代才实现的，这就是原子能工业的开端。
当核能进入人们的生产和生活后，一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。
就全球范围来说，能源是维持人类生存和发展的必要条件。
特别是对于发展中国家，要提高人民的生活水平，除了国内外的和平环境外，教育、卫生、农业的发展和工业化的实现，均有赖于足够的能源供应，尤其是电力供应。
表各国人均一次能源消耗(2003年，单位: 人均吨当量油)当前，世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料，化石燃料不是可再生能源，用掉一点儿就少一点儿。
燃烧化石燃料向大气排放大量的‚温室气体‛二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物，并排放大量的烟尘，这些有害的物质对环境造成了严重的破坏。
核能不产生这些有害物质。
1987年，世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了‚可持续发展‛的概念。
为了实现可持续发展，人类迫切地需要新的替代能源。
在开发新型能源时，人们往往首先想到除水力资源外的可再生能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能等等。
但是这些可再生能源的能量过于分散、间断性，难以收集，因受多种条件限制，只能在一定条件下有限的开发，很难大量利用，估计每种能源在总能源利用中很难超过1％。
尽管太阳能是一种清洁的、可再生能源，但由于它的能流密度太低，在单位面积上得到的能量很小，一座1000MW的太阳能电站，为吸取太阳能的地面面积大约是108m2，要把这样大面积的太阳能收取和集中到发电站来所需的技术措施和经济代价都是难以接受的。
核燃料循环PPT课件
铀同位素分离扩散机群
铀同位素离心机联
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铀的浓缩
--因为同位素有几乎相同的化学特性，不易 用化学分离因此铀的浓缩是精炼油的物理过 程 --利用微小质量差分离U238和U235 --浓缩厂的最终产品为UF6
铀浓缩厂
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1.气体扩散法
铀的浓缩
最成功、最经典的方法、商业开发的第一个浓缩方法，利用不
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铀的加工冶炼
常规的铀提取工艺一段包括，铀矿石的破碎和磨 细、铀矿石的浸取、矿浆的固液分离、离子交换和溶 剂萃取法提取铀浓缩物、溶剂萃取法纯化铀浓缩物。
提炼方式 铀的选矿 重力选矿、磁选选矿、放射性选矿 铀的水冶
将铀溶解的化学反应过程（用酸或碱的水溶液） 铀的纯化
从纯净的溶液中提取铀（浓缩和纯化使铀和杂质分开） 达到较高和核纯级要求的产品
系统将化学试剂均匀地喷洒，化学试剂在渗滤过
程中与铀矿物反应，形成的含铀溶液经底部集液
系统收集，送水冶厂处理，得到最终产品。 地下
堆浸与
地表堆浸不同之处是将矿堆
建在井下。与常规采矿方法
相比，堆浸采铀省去了磨矿
工艺。主要以北方可地浸砂
岩型矿床为主（新疆、东北、
堆浸提铀
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原地爆破浸出采铀
原地爆破浸出是通过爆破手段，将天然埋藏下 的铀矿体原地破碎到一定块度，形成矿堆，再 用化学试剂与矿堆接触并发生化学反应，有选 择地浸出铀至溶液中，最终将含铀溶液收集并 输送至水冶厂处理，得到铀产品的一种采矿方 法。这种方法大大减少了矿石运输量和尾矿库 的容积，有利于环境保护。
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原地浸出采铀简原称地地浸浸采出铀采，是铀在矿床天然产
核工程导论 第六章_核燃料循环
潘良明重庆大学4.1 4.2 4.3 堆内燃料循环4.4 核燃料循环后端前端铀矿石开采和冶炼 铀转化铀同位素浓缩 核燃料元件制造 核电站乏燃料后处理废物处理黄饼矿石浓缩芯块烧结组装Uranium Ore Processing铀化合物的转化Conversion (UO 2, UO 3, UF 4, UF 6, U 3O 8, U)Uranium EnrichmentFuel Fabrication (AGR, FBR, GCR, LWR, MAGNOX, MOX, PHWR, RBMK, Pellets)勘定储量：推测储量：包括海水中的铀：世界上重要的铀矿资源国家•澳大利亚44％•哈萨克斯坦20％•加拿大18％•南非8％•美国、独联体、刚果、尼日利亚等我国的东北、西北、西南及中南地区都蕴藏有铀加拿大哈萨克斯坦美国价格世界铀资源用于反应堆的产能效率1770000折算为标准煤吨数6000001t 天然铀的产能值（442500包括海水中的铀：44250推测储量：8850勘定储量：用于快中子反应堆天然铀资源按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤*: 分离工厂贫铀中997.748Gt地位和作用•不属于核燃料循环•提供铀矿储量信息铀矿种类和价值•已发现•具有实际开采价值只有•一般铀含量•最高的含量•主要在花岗岩中影响铀矿床工业的主要因素•矿石品位•矿床储量•开采条件普查勘探工作程序•区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等•地形测量、地质填图、原始资料编录等•我国需要5年以上的时间铀矿地质勘探核工业地质局核工业北京地质研究院核工业航测遥感中心核工业西北地质局二Ｏ八大队核工业地质局二一六大队核工业东北地质局二四三大队核工业西北地质局二Ｏ三研究所核工业中南地质局二三Ｏ研究所核工业东北地质局二四Ｏ研究所核工业华东地质局二七Ｏ研究所核工业西南地质局二八Ｏ研究所核工业华南地质局二九Ｏ研究所核工业总公司种类•沥青铀矿•钾钒铀矿铀含量•铀矿石平均含铀品位为：•富矿： 储量测量：•航空测量•γ 铀储量•探明储量：经过地质勘探，计算分析，得到的具体储量•预测储量：铀的矿床、矿田和成矿区域中比较有利的地区，根据这些地区的成矿条件推算出来的铀矿石铀矿放大倍广西富钟县花山区铀矿中国是铀矿资源不甚丰富我国铀矿探明储量居世界第位之后，不能适应发展核电的长远需要矿床规模以中小为主矿石品位偏低•一般在千分之一含量就要开采，成本较高•开发堆浸、地浸技术，可降低成本我国逐步发现了花岗岩型38%、火山岩型22%、砂岩型四大类型的铀矿床•北方铀矿区以火山岩型、砂岩型为主Æ地浸•南方铀矿区以花岗岩型为主Æ堆浸广东湖南江西云南广西浙江新疆河北陕西已探明的铀矿•大小铀矿床•矿床以中小型为主主要分布•江西、广东、湖南、广西，以及新疆、辽宁、云南、河北、内蒙古、浙江、甘肃等省主要的铀矿床•相山铀矿田、郴县铀矿床、下庄铀矿田、产子坪铀矿田、青龙铀矿田、腾冲铀矿床、桃山铀矿床、小丘源铀矿床、黄村铀矿床、连山关铀矿床、蓝田铀矿床、若尔盖铀矿床、芨岭铀矿床、伊犁铀矿床、白杨河铀矿床已经建成和新建的厂矿•衡阳铀矿、郴州铀矿、大浦街铀矿、上饶铀矿、抚州铀矿、乐安铀矿、翁源铀矿、衢州铀矿、澜河铀矿、仁化铀矿、本溪铀矿、蓝田铀矿、伊犁铀矿等地位和作用•从地下矿床中开采出工业品位的铀矿石•或将铀经化学溶浸，生产出液体铀化合物铀的开采•露天开采机械化程度高、生产能力大、生产成本低、劳动条件好•地下开采：井巷掘进用于埋藏较深的矿体井巷工程：决定了矿山基建时间•原地浸出（地浸）in situ leaching,ISL通过地表钻孔将化学反应剂注入矿带，通过化学反应选择性地溶解矿石中的铀，并将浸出液提取出地表具有生产成本低，劳动强度小仅适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床（砂岩型）•苏联技术•建于1960年铀含量•铀的矿冶工艺•提炼方式•铀的选矿重力选矿、磁选选矿、放射性选矿•铀的水冶用酸或碱的水溶液•铀的纯化浓缩和纯化使铀和杂质分开Æ达到较高和 产品•重铀酸铵（黄饼）铀矿开采铀含量0.1%~0.2%形态矿石矿浆粉末核纯铀40%~70%陶瓷等75%我国的铀矿开采和矿石提炼能力 中国有几十座矿山、铀水冶厂、铀开采联合企业 中国的铀处理厂在矿山附近。
核燃料循环
正文核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧后的处理的整个过程。
这个名称反映了核燃料在反应堆中只能烧到一定程度就必须卸出并换上新燃料这个特点。
乏燃料（即烧过的燃料）中的铀和钚可以分离出来并返回反应堆，作为燃料循环使用，形成核燃料的循环。
核燃料循环概况核燃料循环以反应堆为中心，划分为堆前部分（前段）和堆后部分（后段）。
前段指核燃料在入堆前的制备，包括铀矿的开采、铀矿石的加工精制（即前处理）、铀的转化、铀的浓缩和燃料元件制造等过程。
后段指从反应堆卸出的乏燃料的处理，包括乏燃料的中间储存，乏燃料中铀、钚和裂变产物的分离（即核燃料后处理），以及放射性废物处理和放射性废物最终处置等过程。
附图表示压水堆电站的核燃料循环,其中略去三废处理中气体、固体和中低放废液的处理和处置。
（见彩图）核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环前段核燃料循环从开采铀资源开始。
开采出来的铀矿石经过精选，送到前处理厂制成八氧化三铀。
压水堆核电站以含铀235约3％的低浓铀作为燃料，但天然铀的铀235含量只有0.720％。
为了把天然铀中铀235的含量提高到3％,需要进行铀同位素分离即铀的浓缩。
当前工业规模的铀的浓缩工厂以六氟化铀为供料，因此需要把前处理的产品八氧化三铀进行还原、氢氟化和氟化转变为六氟化铀，这就是铀的转化过程。
在铀的浓缩工厂中，六氟化铀中的铀235含量被浓缩至3％左右。
这样得到的六氟化铀须再经过一个转化过程变为二氧化铀，才能送至元件制造厂制成含铀235约3％的低浓铀燃料元件。
至此，核燃料循环的前段完成。
后段从压水堆卸出的乏燃料中,铀235的含量仍有0.85％左右，高于天然铀；而且每吨乏燃料中还含有约10千克的钚,其中可作为核燃料的钚239和钚241约占7千克。
因此，如将这些易裂变核素分离出来，作为燃料返回反应堆，既可节约天然铀，又可节约分离功。
核燃料管理ppt课件
工作范围—燃料运行
• 铀原料：中核集团—原子能公司
– 铀价格上涨制造：中核建中核燃料 元件有限公司
– 技术问题，不符合项，验收
• 驻厂监造：驻厂代表
U3O8 历史价格
140
120
100
80
60
40
20
0
美元/磅
工作范围—燃料储存
• 新燃料接收与储存
– 新燃料间
• 乏燃料池 • 03#厂房管理
工作范围—装换料
• 装换料文件准备
Mar-87 Mar-88 Mar-89 Mar-90 Mar-91 Mar-92 Mar-93 Mar-94 Mar-95 Mar-96 Mar-97 Mar-98 Mar-99 Mar-00 Mar-01 Mar-02 Mar-03 Mar-04 Mar-05 Mar-06 Mar-07
工作范围—燃料制造
• ⅲ）在功率突变或降压过程中，131I、133I、134Cs和137Cs出现 峰值；
• ⅳ）在功率突变时131I活度峰值超过3.7x109Bq/m3；
• ⅴ）在正常运行工况下，循环初和循环未归一化的131I活度 差超过3.7x107Bq/m3；
• ⅵ）WANO燃料可靠性指标FRI大于19Bq/
工作范围—换料设计
• 燃料运行完整性监督
– 在线监督 – 核素取样分析 – 碘分析
• FRI • 碘当量
乏燃料后处理再循环 PPT
快堆核燃料循环
快堆核燃料循环
钚在快堆（包括ADS）中循环的优点
● 增殖燃料，使铀资源的利用率提高50∼60倍 多次循环——使核能成为可再生能源
● 嬗变废物，MA和LLFP在快堆中焚烧，使 需要地质处置的高放废物体积和长期毒性降低 1～2个数量级
快堆核燃料循环
与乏燃料一次通过相比不同分离情况的放射性毒性降低因子
热堆燃料循环
热堆核燃料闭式循环的局限性
分离鈈再循环的问题
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乏燃料
钚各种同位素含量(%)
Pu-238 Pu-239 Pu-240 Pu-241
---------------------------------------------------------------------------UOX 燃料
已知资源量 推测资源量
还是470万闭吨合（<循130环美元?/kg ) 1000万吨
非常规铀资源
磷矿
2200万吨
海水
40亿吨
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核燃料“一次通过循环”与“闭式循环”
铀资源问题
一次通过 还是闭合循环?
根据全球核能发展趋势，常规铀资源只能支持几十年
核燃料“一次通过循环”与“闭式循环”
快堆核燃料循环
快堆乏燃料特点－
☞ 燃耗更深 ( > 150 GWd/tHM ) ☞ 比活度更高 ) 钚含量更多
强辐射（γ，α）有可能使得 水法后处理（基于有机试剂）难以胜任， 干法后处理（基于无机试剂）作为一种候选技术 在各国受到重视。
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2
铀矿开采
新元件
反应堆
燃料获取
元件制造
图1-1. 开式或一次通过式燃料循环示意图
乏燃料 中间储存 切割、包装 最终处置库
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3
铀矿开采
新元件
反应堆
燃料获取
元件制造
钚产品
乏燃料 中间储存
堆后铀、钚
后处理
乏燃料
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12
萃取流程图
U、Pu 共萃
U/Pu 分离
Pu萃取
Pu反萃
Pu产品
U反萃
U萃取
U反萃 U产品
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14
PUREX已成功实现工业运行
Purex流程的去污因子及回收率
后处理厂
美国汉福特工厂 英国温斯凯尔工厂
对钚去 污因子
>108 3×108
对铀去 污因子
107 107
铀钚分离系数
U/Pu
>107 1×107
在OECD（经济合作与发展组织）国家，燃料、乏燃料和 HLW的运输没有发生过一起造成放射性后果的事 故
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21
核运输要遵从的基本原则：
——利用能够保证达到所要求的安全水平并独立于运输 手段的容器
——对容器安全水平的要求由可能的风险决定、
运输安全的评估：考虑碰撞风险(车辆、下落物体）、火 灾、爆炸、火灾和其他事故的共同作用、水淹等等
废物处理处置 图1-2. 闭式核燃料循环示意图
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4
• 我国核燃料循环相关企业情况
中核集团拥有我国核燃料循环相关的所有企业。 采矿：新疆、内蒙、江西等矿冶企业 铀浓缩： 504、405、814厂 核燃料元件制造：202、812 前后处理： 404、821（中核四川环保工程有限责任公司） 相关研究院： 401、北京二院、石家庄四院、郑州五院、中
（1） 方式：公路、铁路、海上 （2） 容器：应考虑防止临界、传热、屏蔽和机械强度
铅容器、钢容器、贫铀容器和铸铁容器
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22
未来后处理厂的改进
世界后处理工业已经有超过30年的运行经验
通过经验的积累、持续的R&D（research and development) 和工程上的努力，工厂性能得到不断改进 —— 环境影响和工作人员辐照持续减少 —— 工艺改进使处理能力增加 —— 工厂可操作性的改进，启动运行所需时间缩短（法 国UP2－400用10年，UP3用5年，UP2－800仅用1年），开 工率提高
核集团天津理化工程研究院、上海八所、太原七院
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5
乏燃料是指在核反应堆中，辐照达到计划卸料的比燃耗后 从堆中卸出，且不再在该堆中使用的核燃料。 对反应堆中用过的核燃料所进行的化学处理，以除去裂变 产物等杂质并回收易裂变核素和可转换核乏素燃以料及后一处些理其他 可利用物质的过程，称为核燃料后处理（nuclear fuel reprocessing）。
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6
乏燃料的处理
辐照过的燃料元件从堆内卸出时，无论是否达到设 计的燃耗深度，总是含有一定量裂变燃料（包括未分裂 和新生的）。回收这些宝贵的裂变燃料（铀-235，铀-233 和钚）以便再制造成新的燃料元件或用做核武器装料， 是后处理的主要目的。
此外，所产生的超铀元素以及可用作射线源的某些放 射性裂变产物（如铯-137，锶-90等）的提取，也有很大 的科学和经济价值。
IAEA：国际原子能机构
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20
可采用公路、铁路和 海上运输的方式
核运输是非常安全和成熟的商业活动
法国每年运输大约1,500万件危险品，其中: 30万件为放射性物品，15,000件与核燃料循环有 关 ，750件为燃料、乏燃料、HLW（高放废物）
根据1975－1997的统计：每年平均发生一起 可能造成局部影响的事故。
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18
日本的燃料再处理厂
青森県上北郡六ヶ所村大字尾駮字野附
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19
乏燃料运输 一座1000MWe的PWR每年卸出乏燃料大约30吨，
经过一段时间的冷却之后要运离反应堆（离堆贮 存）
乏燃料经过冷却之后仍有很强的放射性，并有 很高的衰变热
核燃料循环中的非常重要的活动 —— 受国家和国际法规（IAEA）的限制 —— 受社会的高度关注
钚除用于制备核武器外，还可以制成核燃料， 用作和平目的，其中最有效的利用就是钚铀混 合氧化物燃料，即MOX燃料。
法国有1/3的核电站用MOX燃料。
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MOX燃料
天然铀
低浓铀（发电前） 低浓铀（发电后） MOX燃料
U235
Pu239
U238
U238等
FP（Fission Product） 裂变产物
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干法后处理尚未实现商业运行
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乏燃料后处理具有放射性强，毒性大，有发生临界事 故的危险等特点，因而必须采取严格的安全防护措施。后 处理工艺可分下列几个步骤： （1）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。 （2）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,然后用溶剂萃取法将铀-钚分离并分别以硝酸铀 酰和硝酸钚溶液形式提取出来。 （3）通过化学转化还原出铀和钚。 （4）通过净化分别制成金属铀（或二氧化铀）及钚（或二 氧化钚)。
核化131班吴福海
2015.4.28
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1
何为核燃料循环？
核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分；
所谓核燃料循环是指核燃料的获得、使用、处理、 回收利用的全过程；
燃料循环通常分成两大部分，即前端和后端
前端包括铀矿开采、矿石加工（选矿、浸出、沉淀等 多种工序）、铀的提取、精制、转换、浓缩、元件制 造等；
7
乏燃料：大部分238U(95%)， 235U（小于0.83%）, 一定数量Pu（1％），裂变产物(约3%)
后处理的目的：提高资源利用——回收乏燃料中 的铀、钚进行再循环(MOX) 改进废物管理——减少废物体积， 实施先进燃料循环(P/T)
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8
MOX燃料（Mixed Oxide Fuel）钚铀氧化物 混合燃料的简写，是由二氧化铀（UO2）和 二氧化钚（PuO2）构成的氧化铀钚燃料。
10
乏燃料后处理的发展历史
最初目的：提取武器级钚
尝试过多种方法，先用沉淀法，最终选择萃取法
用过多种萃取剂（二乙醚、甲基异丁基酮等）， 美国发展Purex（普雷克斯）流程（以磷酸三丁酯 TBP为萃取剂）， 1954年在Savannah River运行， 60年代实现商业应用
目前世界上的后处理厂都采用Purex流程
Pu/U
106 3×105
铀回收 钚回收 率（％） 率（％）
99.9 99.9 99.97 99.8
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15
对乏燃料进行处理，对铀、钚回收，并重返燃料循环
后处理厂检修大厅
机械设备实验大厅
中国第一座动力堆乏燃料元件后处理中间试验厂
（中试工程），兰州404厂
设计能力为日处理100公斤乏燃料
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17
我国404厂的核燃料处理能力