第六章-核燃料循环PPT课件
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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
核工业基础知识
22
第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
（四）稳压器 现代大功率压水堆核电站都采用电热式稳压器。 电热式稳压器一般采用立式圆柱形结构。用来 抑制压力升高的喷雾器安置在稳压器上部蒸汽空间 的顶端。限制压力降低的电加热元件安置在稳压器 下部水空间内。
23
第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
三、一回路辅助系统 （一）化学和容积控制系统 核电站的化学容积控制系统的作用是调节一回 路系统中稳压器的液位，以保持一回路冷却剂容积； 调节冷却剂中的硼浓度，以补偿反应堆在运行过程 中反应性的缓慢变化；通过净化冷却剂及添加化学 药剂，保持一回路的水质。 （二）主循环泵轴密封水系统 （三）硼回收系统 （四）补给水系统 （五）取样系统及分析室
9
核工业基础知识
第二章 核反应堆
反应堆本体的组成和结构
第三节
反应堆总体结构均可分为反应堆本体和回路系统 两部分。 反应堆本体通常由反应堆（压力）容器、堆芯 （活性区）、堆内构件及控制棒驱动机构等几部分组 成，如图3所示。
10
核工业基础知识
第二章 核反应堆
图 3 反 应 堆 的 构 成
11
核工业基础知识
核工业基础知识核工业基础知识前言第一章核燃料循环第二章核反应堆第三章核电站动力装置第四章核燃料的开采冶炼和浓缩第五章核燃料元件的制造第六章乏燃料后处理第七章带电粒子加速器第八章核聚变装置第九章核设施退役第十章放射性废物的贮存处理和处置核工业基础知识核工业基础知识简要介绍核燃料循环体系核反应堆核动力堆装置核燃料开采冶炼和浓缩核燃料元件制造核燃料后处理带电粒子加速器核聚变装置核设施退役及放射性三废处理处置等
18
第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
二、一回路系统及主要设备 压水堆核电站的一回路系统除了反应堆之外的 主要设备有：蒸汽发生器、冷却剂主循环泵、稳压 器及主管道等。 （一）反应堆压力容器 压力容器是压水堆核电站中最关键的高温高压 设备。
第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
（四）稳压器 现代大功率压水堆核电站都采用电热式稳压器。 电热式稳压器一般采用立式圆柱形结构。用来 抑制压力升高的喷雾器安置在稳压器上部蒸汽空间 的顶端。限制压力降低的电加热元件安置在稳压器 下部水空间内。
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第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
三、一回路辅助系统 （一）化学和容积控制系统 核电站的化学容积控制系统的作用是调节一回 路系统中稳压器的液位，以保持一回路冷却剂容积； 调节冷却剂中的硼浓度，以补偿反应堆在运行过程 中反应性的缓慢变化；通过净化冷却剂及添加化学 药剂，保持一回路的水质。 （二）主循环泵轴密封水系统 （三）硼回收系统 （四）补给水系统 （五）取样系统及分析室
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核工业基础知识
第二章 核反应堆
反应堆本体的组成和结构
第三节
反应堆总体结构均可分为反应堆本体和回路系统 两部分。 反应堆本体通常由反应堆（压力）容器、堆芯 （活性区）、堆内构件及控制棒驱动机构等几部分组 成，如图3所示。
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核工业基础知识
第二章 核反应堆
图 3 反 应 堆 的 构 成
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核工业基础知识
核工业基础知识核工业基础知识前言第一章核燃料循环第二章核反应堆第三章核电站动力装置第四章核燃料的开采冶炼和浓缩第五章核燃料元件的制造第六章乏燃料后处理第七章带电粒子加速器第八章核聚变装置第九章核设施退役第十章放射性废物的贮存处理和处置核工业基础知识核工业基础知识简要介绍核燃料循环体系核反应堆核动力堆装置核燃料开采冶炼和浓缩核燃料元件制造核燃料后处理带电粒子加速器核聚变装置核设施退役及放射性三废处理处置等
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第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
二、一回路系统及主要设备 压水堆核电站的一回路系统除了反应堆之外的 主要设备有：蒸汽发生器、冷却剂主循环泵、稳压 器及主管道等。 （一）反应堆压力容器 压力容器是压水堆核电站中最关键的高温高压 设备。
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。
核燃料循环各个阶段
核燃料循环各个阶段核燃料循环是指核能产业链中，从天然铀矿石开采、转化到最终核燃料制造的一个完整过程。
在这个过程中，核燃料循环可以分为几个阶段。
下面我们来了解一下这些阶段。
一、铀矿石开采与加工铀矿石是自然界中存在的一种矿物质，它含有很高的铀含量。
铀矿石的采集需要采用各种不同的技术。
一般来说，铀矿石的采集主要依赖于一些专业机械，例如塔式开采机、钻井机等。
这些机械可以进入地下，将铀矿石从地下采掘出来。
铀矿石在采集完毕后，需要进行破碎、磨粉等处理。
在这个过程中，需要使用一系列的磨矿设备，将铀矿石破碎成更小的颗粒。
同时，还需要对破碎后的矿石进行磨矿，使其达到一定的粉末度，以便于下一步的处理。
二、铀的转化铀矿石经过破碎、磨粉等处理后，需要进行铀的转化。
这个过程包括了一系列的化学反应，主要目的是将铀从铀矿石中提取出来，制成更易于制造燃料棒的形式。
铀的转化主要采用两种不同的方法，分别是化学法和物理法。
化学法：这种方法主要是通过一系列的化学反应来实现的，主要原料是氢氧化钠和氧化钠。
这种方法的优势在于，操作简单，可以回收利用，同时可以将铀从铀矿石中分离出来。
物理法：这种方法主要是通过高温和高压下的作用，将铀从铀矿石中分离出来。
这种方法的优势在于，可以实现较高的铀回收率，但操作复杂，成本较高。
三、核燃料的制造核燃料的制造主要分为两个步骤，一是核燃料的制备，二是核燃料的元件制作。
核燃料的制备：核燃料的制备需要将铀从铀矿石中提取出来，制成更易于制造燃料棒的形式。
在这个过程中，需要使用一系列的化学药剂，对铀进行处理，使其成为燃料棒的原材料。
核燃料元件制作：核燃料元件制作主要采用两种方法，一种是将铀直接制成燃料棒，另一种是将铀制成棒材，再进行加工制成燃料棒。
这种方法可以实现较高的铀回收率，但操作复杂，成本较高。
四、核燃料的运输与贮存核燃料在制备完成之后，需要进行运输和贮存。
运输过程中需要采取一系列的安全措施，以确保核燃料的安全。
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
核燃料循环
核燃料循环核燃料以反应堆为中心循环使用。
（一）铀的开采、冶炼、精制及转化：铀是比较分散的元素。
世界上重要的产铀国家有：加拿大、美国、独联体、澳大利亚、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。
但是可提供一定铀产量的铀矿石的含铀量的品位较低（10-4～10-2），掘出的含铀矿石必须经过复杂的化学富集，才能得到可作粗加工的原料。
过去开采铀矿石都采用传统的掘进方式（耗能大、成本高、生产周期长，还有运输、尾矿等问题）。
近来根据铀矿石性质的多样性，又开发了地表堆浸、井下堆浸以及原地浸取等方式。
我国的铀矿石属低品位等级，一般在千分之一含量就要开采，成本较高。
为了降低成本，充分利用低品位矿石，80年代以来就积极开发堆浸、地浸技术，现已投产。
例如地表堆浸，处理品位为8×10-4的沙岩矿，成本降低 40％。
原地浸取工程也已经开工。
原地浸取采矿的优点是：成本低（投资只有掘进的1／2）、工艺简单、节约能源（省去了磨碎、运输等工序，可节约能源 60％）、节约劳动力、减轻劳动强度（节约劳动力数十倍，工人进行流体物操作，劳动条件大为改善）、矿山建设周期短、可以充分利用低品位铀资源。
因此受到重视而被称为铀矿冶技术上的一场革命。
浸取液经过离子交换、萃取以富集铀，再经过酸性条件下沉淀（与硷金属及碱土金属分离）和碱性条件下溶解（与过渡元素分离）以进一步净化铀，最后得到铀的精炼物。
将此精炼物进一步纯化，并将铀转化成低沸点的UF6（升华温度：1大气压下56℃；0.13大气压下25℃），即可用作浓缩235U同位素的原料。
（二）235U同位素的浓缩：235U是唯一天然存在的易裂变核素。
不同设计的反应堆需要不同浓缩度的铀（如：压水堆——当前核电站应用最多的堆型——需要2～3％；游泳池堆需要10%；快堆需要25％；高通量材料试验堆需要90%）。
而核弹则需要更高的浓缩度。
因此生产浓缩铀是核工业中十分重要的环节。
同一元素的同位素化学性质相同，只在质量上有所差别。
九年级上《核能》ppt浙教版
你知道核能吗？
1、原子核是可以转变的。 2、原子核在转变过程中所释放出 的能量，称为核能。 3、能核是从原子核内部释放出来， 比化学能要大得多。 4、获得原子核能有裂变和聚变两 种途径。
你知道核能吗？
你知道核能吗？
1、裂变是指质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2
个新原子核，并释放出巨大能量的现象。 1945年8月9日上午，美军对日本实施第二次原子弹袭击，目标是长崎。
1942年12月2日美国芝加哥大学成功
济发展战略中得到了高度重视，核电在国家能源结构的比例
有了显著提高。
3、核聚1变.核又称能热核发反应电。 不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气 中，因此核能发电不会造成空气污染。 而其他方面尚有大量的新领域正待开发，世界各国却大量投入人力、物力进行开发，经济效益和社会效益激增。
期工程，则最高可达 5030万千瓦。
完成运送。 1、原子核是可以转变的。
放射性是指元素从不稳定的原子核自发地放出射线，（如α射线、β射线、γ射线等）而衰变形成稳定的元素而停止放射（衰变产物）， 这种现象称为放射性。 核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一
2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石 燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电 厂的热污染较严重。
3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务 风险较高。
日本发生9.0级地震， 并引发浪高10多米的海
4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运 啸，造成福岛第一核电
转。
站四个反应堆失水冷却，
5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。
产生氢气在安全壳外化
学爆炸，厂房破损，燃
6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质， 如果在事故中释放到外界环境，会对生态及
1、原子核是可以转变的。 2、原子核在转变过程中所释放出 的能量，称为核能。 3、能核是从原子核内部释放出来， 比化学能要大得多。 4、获得原子核能有裂变和聚变两 种途径。
你知道核能吗？
你知道核能吗？
1、裂变是指质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2
个新原子核，并释放出巨大能量的现象。 1945年8月9日上午，美军对日本实施第二次原子弹袭击，目标是长崎。
1942年12月2日美国芝加哥大学成功
济发展战略中得到了高度重视，核电在国家能源结构的比例
有了显著提高。
3、核聚1变.核又称能热核发反应电。 不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气 中，因此核能发电不会造成空气污染。 而其他方面尚有大量的新领域正待开发，世界各国却大量投入人力、物力进行开发，经济效益和社会效益激增。
期工程，则最高可达 5030万千瓦。
完成运送。 1、原子核是可以转变的。
放射性是指元素从不稳定的原子核自发地放出射线，（如α射线、β射线、γ射线等）而衰变形成稳定的元素而停止放射（衰变产物）， 这种现象称为放射性。 核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一
2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石 燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电 厂的热污染较严重。
3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务 风险较高。
日本发生9.0级地震， 并引发浪高10多米的海
4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运 啸，造成福岛第一核电
转。
站四个反应堆失水冷却，
5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。
产生氢气在安全壳外化
学爆炸，厂房破损，燃
6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质， 如果在事故中释放到外界环境，会对生态及
《核反应堆物理基础》课件——第六章 核燃料管理
多循环燃料管理：n，N，ε；在对这组变量进行决策时，燃料 组件在堆芯内的空间布置只以批的特性或点堆模型加以简单考虑；
单循环燃料管理：X(i,j)，BP(i,j)和控制运行方案；在对这组变 量进行决策时，需要详细考虑燃料组件和控制毒物在堆芯内的 空间分布。
当得到的解不能满足需求时，则需要调整外部决策变量， 重新进行多循环分析，求出新的值。
• 核电厂堆芯燃料管理的主要任务就是要在满足电力系统的能量需 求的条件下，在电厂设计规范和技术要求的限制下，为核电厂一 系列的运行循环作出其经济安全运行的全部决策。
• 其核心问题就是如何在保证电厂安全运行的条件下，是核电厂的 单位能量成本最低。
8
⑵燃料管理的内容
①堆芯燃料管理策略以及初步换料方案的确定 • 这部分内容主要包括下列决策变量的确定：
5 循反应堆的换料方程：
• 设批反料应 数堆定内义燃为料：组件总数为NT，每次换料更换的燃料组件数为N。则
n NT N
• N则称为一批换料量。 • 在循环长度不变的情况下，提高批料数n，就增加了燃料在堆芯的停
留时间，从而：
• 增加了卸料燃耗深度； • 需要提高新料的富集度。
6
⑶循环燃耗和卸料燃耗
41
堆芯计算模块
截面处理接口程序
• 由组件计算程序产生的各种工况下组件的等效均匀化少群截面数据 库，只能提供离散的有限数量状态下的截面数据。
• 实际运行过程中，反应堆的状态时连续变化的，因此必须通过最小 二乘法拟合处理，将燃料组件的宏观截面与各独立变量的关系用数 值形式表示，使用时通过插值来求得各非参考工况下的截面值。
21
三、外-内换料方案 （一）燃料布置与换料方案 布置方案 • 堆芯由内向外仍然分为若干个区域：
单循环燃料管理：X(i,j)，BP(i,j)和控制运行方案；在对这组变 量进行决策时，需要详细考虑燃料组件和控制毒物在堆芯内的 空间分布。
当得到的解不能满足需求时，则需要调整外部决策变量， 重新进行多循环分析，求出新的值。
• 核电厂堆芯燃料管理的主要任务就是要在满足电力系统的能量需 求的条件下，在电厂设计规范和技术要求的限制下，为核电厂一 系列的运行循环作出其经济安全运行的全部决策。
• 其核心问题就是如何在保证电厂安全运行的条件下，是核电厂的 单位能量成本最低。
8
⑵燃料管理的内容
①堆芯燃料管理策略以及初步换料方案的确定 • 这部分内容主要包括下列决策变量的确定：
5 循反应堆的换料方程：
• 设批反料应 数堆定内义燃为料：组件总数为NT，每次换料更换的燃料组件数为N。则
n NT N
• N则称为一批换料量。 • 在循环长度不变的情况下，提高批料数n，就增加了燃料在堆芯的停
留时间，从而：
• 增加了卸料燃耗深度； • 需要提高新料的富集度。
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⑶循环燃耗和卸料燃耗
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堆芯计算模块
截面处理接口程序
• 由组件计算程序产生的各种工况下组件的等效均匀化少群截面数据 库，只能提供离散的有限数量状态下的截面数据。
• 实际运行过程中，反应堆的状态时连续变化的，因此必须通过最小 二乘法拟合处理，将燃料组件的宏观截面与各独立变量的关系用数 值形式表示，使用时通过插值来求得各非参考工况下的截面值。
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三、外-内换料方案 （一）燃料布置与换料方案 布置方案 • 堆芯由内向外仍然分为若干个区域：
中国核燃料循环技术发展战略报告(中国科学院编)PPT模板
第一节国际发展动向 第二节我国核燃料循环对新材料、 新技术的重大需求 第三节我国的现况和主要问题分析 第四节具体建议的研究方向和领域 参考文献
感谢聆听
术问题
ห้องสมุดไป่ตู้0 2
第二节国内外核燃料后 处理／再循环技术发展
现状与趋势分析
0 5
第五节结语
0 3
第三节我国核燃料后处 理／再循环技术发展战
略初步构想
0 6
参考文献
03 第二章国外先进核燃料循环 后段技术发展动向
第二章国外先进核燃料 循环后段技术发展动向
第一节后处理技术发展 概况及经验教训
第二节国外先进后处理 技术的发展动向
第四章快 堆内循环 研究
0 1
第一节快堆及发 展历程概述
0 4
第四节快堆燃料 对其中裂变产物 含量限制要求的 计算分析
0 2
第二节不同循环 模式下堆芯核素 演变和分布的计 算分析
0 5
第五节快堆分别 利用增殖和嬗变 在内循环中的作 用分析
0 3
第三节铀资源利 用率分析
0 6
第六节结论和建 议
第四章快堆内循环 研究
09 第八章钍铀燃料循环
第八章钍铀燃料循环
第一节概述
第三节钍资源核能利用
第五节钍基熔盐堆核能 系统
第二节钍铀燃料循环的 基本特点和运行模式
第四节钍铀循环水法后 处理技术
第六节展望和发展战略 建议
第八章钍铀燃料循 环
参考文献
10 第九章核燃料循环中的新方 法、新材料和新技术
第九章核燃料循环中的新方法、新 材料和新技术
202X
中国核燃料循环技术发展战 略报告(中国科学院编)
演讲人
2 0 2 X - 11 - 11
感谢聆听
术问题
ห้องสมุดไป่ตู้0 2
第二节国内外核燃料后 处理／再循环技术发展
现状与趋势分析
0 5
第五节结语
0 3
第三节我国核燃料后处 理／再循环技术发展战
略初步构想
0 6
参考文献
03 第二章国外先进核燃料循环 后段技术发展动向
第二章国外先进核燃料 循环后段技术发展动向
第一节后处理技术发展 概况及经验教训
第二节国外先进后处理 技术的发展动向
第四章快 堆内循环 研究
0 1
第一节快堆及发 展历程概述
0 4
第四节快堆燃料 对其中裂变产物 含量限制要求的 计算分析
0 2
第二节不同循环 模式下堆芯核素 演变和分布的计 算分析
0 5
第五节快堆分别 利用增殖和嬗变 在内循环中的作 用分析
0 3
第三节铀资源利 用率分析
0 6
第六节结论和建 议
第四章快堆内循环 研究
09 第八章钍铀燃料循环
第八章钍铀燃料循环
第一节概述
第三节钍资源核能利用
第五节钍基熔盐堆核能 系统
第二节钍铀燃料循环的 基本特点和运行模式
第四节钍铀循环水法后 处理技术
第六节展望和发展战略 建议
第八章钍铀燃料循 环
参考文献
10 第九章核燃料循环中的新方 法、新材料和新技术
第九章核燃料循环中的新方法、新 材料和新技术
202X
中国核燃料循环技术发展战 略报告(中国科学院编)
演讲人
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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
第19页/共27页
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
第20页/共27页
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
第11页/共27页
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
核燃料循环概要
?在制造核燃料元件之前需要将一定富集度的气态uf6转化成固态的uo2或金属铀?然后再加工成各种元件及其组件作为反应堆的燃料?我国先后研制和生产了生产堆研究试验堆艇核动力堆和核电站用燃料元件?实现了小型中型大型核电站燃料元件制造系列化和国产化
Li S.J.
核燃料循环概要
Outline for Nuclear Fuel Cycle
Li S. J.
前言
快堆 (快中子反应堆) ——堆内主要由快中子引 起链式反应及裂变的反应堆。 反应过程包括
239Pu—--→释放快中子，转变为U235----
→快
中子击中238U---- → 238U转变为239Pu---- →
239Pu继续放出快中子参与反应
快堆不用慢化剂，仅用液态金属钠作冷却剂
Li S. J.
核燃料循环的后端 乏燃料加工是一个既需要资金又需要技术 的领域： 加工1吨乏燃料至少要生成 45 吨 高放射性废液及 150 吨 中等放射性废液和 2000 吨 低放射性废液
Li S. J.
核燃料循环的后端
实际上， 英国和法国长期以来一直利用国际协议中的漏 洞，把自己加工后的放射性废物直接倒进北大西 洋，并且有证据表明他们至今仍在这样做。 日本也同样如此。 俄罗斯则是把废液泵入地下或倒入露天池里存 放。
Li S. J.
核燃料循环的后端 第二类：后处理战略 对乏燃料中所含大部分有用核燃料进行分离 并回收利用 主要目的：
回收辐照（乏）燃料中宝贵的可裂变材料（ 235U, 233U和钚）和可转换材料，以便再制造成新的燃 元件； 核燃料在反应堆中辐照时所产生的超铀元素（即 次锕系核素）的提取，也有很大的科学和经济价 值A；如通过分离嬗变法处理（见后）。
Li S.J.
核燃料循环概要
Outline for Nuclear Fuel Cycle
Li S. J.
前言
快堆 (快中子反应堆) ——堆内主要由快中子引 起链式反应及裂变的反应堆。 反应过程包括
239Pu—--→释放快中子，转变为U235----
→快
中子击中238U---- → 238U转变为239Pu---- →
239Pu继续放出快中子参与反应
快堆不用慢化剂，仅用液态金属钠作冷却剂
Li S. J.
核燃料循环的后端 乏燃料加工是一个既需要资金又需要技术 的领域： 加工1吨乏燃料至少要生成 45 吨 高放射性废液及 150 吨 中等放射性废液和 2000 吨 低放射性废液
Li S. J.
核燃料循环的后端
实际上， 英国和法国长期以来一直利用国际协议中的漏 洞，把自己加工后的放射性废物直接倒进北大西 洋，并且有证据表明他们至今仍在这样做。 日本也同样如此。 俄罗斯则是把废液泵入地下或倒入露天池里存 放。
Li S. J.
核燃料循环的后端 第二类：后处理战略 对乏燃料中所含大部分有用核燃料进行分离 并回收利用 主要目的：
回收辐照（乏）燃料中宝贵的可裂变材料（ 235U, 233U和钚）和可转换材料，以便再制造成新的燃 元件； 核燃料在反应堆中辐照时所产生的超铀元素（即 次锕系核素）的提取，也有很大的科学和经济价 值A；如通过分离嬗变法处理（见后）。
核燃料循环简介
核燃料循环简介邓泽和(核工业五○四厂)关键词 核燃料循环,235U1 概述核反堆技术的进步与成熟加速了50年代核电站的兴起。
目前全球约有十几种堆型近500座核电站。
核能发电已占世界总发电量的20%左右。
铀是当前核电站的主要燃料,一座100万k W 的核电站每年消耗3.0%左右的浓缩铀约27t ;相同规模的燃煤电站则需270万吨标煤,相当于5400个车皮的标煤。
可见铀同位素为人类提供的能源是多么丰富的。
核电站的发展,促进了核燃料的开发利用,加快了核燃料循环的深入发展。
用于裂变反应的235U 的天然铀中含量极微,其天然丰度仅为0.7%左右。
从铀矿开采、冶炼,经铀化工转换,到浓缩成核动力堆用产品,需要经过一系列的加工处理;经过核反应堆卸出的乏燃料需要经冷却、贮存和后处理后,再对其有用部分加以利用,对其放射性废物则需进行处理。
这样就形成了一个庞大的核燃料循环系统工程。
核燃料循环系统主要包括:铀矿的开采与冶炼、铀化工转换、铀同位素浓缩、核燃料元件制造和乏燃料的后处理五个方面。
核燃料的循环过程,就是在相应的企业中,分别进行相应的加工和处理,使其具备使用功能和条件,提供给下一循环利用。
核燃料循环的主要过程见图1。
66图1核燃料循环系统示意图UF 钚-239矿渣矿石乏燃料冷却贮存生产堆废物处理矿石开采与冶炼天然铀元件加工转化为UF 乏燃料后处理核动力堆浓缩铀元件加工贫化铀浓缩铀2转化为UO 2 铀矿的开采与冶炼(图2)铀矿地质勘查是提供铀矿储量的基础工作。
在我国,要探明铀矿的储量,一般要经过地质普查、详查和勘探三个阶段,约需5年的时间。
铀矿开采分露天和地下开采两种方式,类似于煤矿开采。
区别在于铀矿开采面的地质条件差,工作环境恶劣。
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。
目的是将具有工业品位・62・ 北方八省(市、区)第二次核技术应用学术会议的矿石,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。
核燃料管理ppt课件
• 一回路冷却剂的取样分析是利用γ谱分析对一回路冷却 剂中放射性裂变产物133Xe、135Xe、138Xe、85Kr、87Kr、131I、 132I、133I、134I、135I、134Cs和137Cs等放射性核素的比活度 进行定期测量和趋势分析，以此来判断堆芯燃料组件是否 存在破损泄漏。
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
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
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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
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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
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铀矿石
铀矿
.
15
中国第一块铀矿石
.
16
我国的铀资源
中国是铀矿资源不甚丰富
我国铀矿探明储量居世界第10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19.5%和碳硅泥岩型16%四大类型的铀矿床
• 北方铀矿区以火山岩型、砂岩型为主地浸 • 南方铀矿区以花岗岩型为主堆浸
.
17
我国铀矿分布图
新疆
河北
陕西
云南
江西 浙江 湖南
广西 广东
.
18
我国的铀矿分布
已探明的铀矿
• 大小铀矿床(田)200多个 • 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(区)
铀矿开采与矿冶
铀矿开采 从铀矿中提取、浓缩、纯化精制天然铀产品
铀矿开采
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
.
11
铀矿地质勘查
野外勘探
遥感合成图
.
铀矿
12
铀矿地质勘探
核工业地质局
核工业总公司
核工业北京地质研究院
.
20
湖南彬州放射性选矿厂
特点
• 中国第一个铀矿 • 选矿厂位于矿附近 • 苏联技术 • 建于1960年 • 磁选分离
.
21
铀矿石的加工－冶炼
Uห้องสมุดไป่ตู้anium Ore Processing
铀含量
• 铀矿石中的铀含量只有千分之二
铀矿石平均含铀品位为：0.15％ 富矿：>0.4%
铀的矿冶工艺
• 从铀矿中提取、浓缩、纯化精制天然铀产品的过程
• 地下开采：井巷掘进
用于埋藏较深的矿体
凿岩爆破
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）
铀化合物的转化
Conversion (UO2, UO3, UF4, UF6, U3O8, U)
铀的浓缩
Uranium Enrichment
核燃料元件制造
Fuel Fabrication (AGR, FBR, GCR, LWR, MAGNOX, MOX, PHWR, RBMK, Pellets)
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 (天然铀)
产品
• 固态铀化学浓缩物
铀水冶 重铀酸铵（黄.饼）、三碳酸铀铵
22
纯化精制 核纯度的铀氧化物（ U O 黄饼）
美国
价格
南非
澳大利亚
.
9
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
*: 分离工厂贫铀中U－235含量取0.2％
.
10
铀矿地质勘查
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170多种铀矿床及含铀矿物 • 具有实际开采价值只有14~18% • 一般铀含量0.1~0.3%, 水银的50倍，黄金的1000倍 • 最高的含量21%,加拿大 • 主要在花岗岩中
.
7
世界铀资源
勘定储量：5Mt 推测储量：25Mt 包括海水中的铀：25Gt 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
.
8
世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
核工程导论
第六章 核燃料循环
Nuclear Fuel Cycle
张继革
上海交通大学
20.10
1
第六章 核燃料循环
6.1 核燃料循环体系 6.2 核燃料循环前端 6.3 堆内燃料循环 6.4 核燃料循环后端
.
2
6.1 核燃料循环体系 Nuclear Fuel Cycle
前端 后端
.
3
Nuclear Fuel Cycle
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
13
铀矿石
种类
.
4
核燃料循环系统
铀矿石开采和冶炼
铀转化
铀同位素浓缩
前端
核燃料元件制造
核电站
乏燃料后处理
后端
废物处理
.
5
核燃料的制造
冶炼
转化
矿石 组装
黄饼
六氟化铀
烧结
浓缩
芯块
.
6
组件
6.2 核燃料循环前端
世界铀资源 铀矿地质勘查 铀矿石开采和选冶 Mining 铀水冶
Uranium Ore Processing
.
19
铀矿石开采Mining
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：露天出入沟
用于埋藏较浅的矿体
方法剥离表土和覆盖岩石，使矿石出露，然后进行采矿
穿孔爆破、采装、运输和排土
机械化程度高、生产能力大、生产成本低、劳动条件好
• 沥青铀矿
• 钾钒铀矿
铀含量
• 铀矿石平均含铀品位为：0.15％
• 富矿：>0.4%
储量测量：
• 航空测量 • 谱仪
铀矿石
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
.
14
放大10000倍
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