中国核燃料循环技术的现状研究.docVIP

我国先进核燃料循环技术的现状研究 姓名：颜邦益 班级：核化121班 学号：座机电话号码130 目前 , 全世界核发电能力约350GW , 每年产生的乏燃料约10 500t , 累计存量达到130 000 t 。乏燃料中含有大量的U、Pu、次量锕系元素 MA 和裂变产物 FP , 其中的锕系元素 如 Pu 、 Np 、 Am 和 Cm 等 和长寿命裂变产物 LLFP 构成了对地球生物和人类环境主要的长期放射性危害。这一问题如不能妥善解决 , 则将制约核能的持续发展。 近年来 , 国际上正在积极开展先进燃料循环体系或洁净核能体系的研究 , 其目标是降低核电生产成本 , 提高核电生产体系的经济性 ; 减少废物产生量 , 促成生态和谐 ; 充分利用铀资源 ; 确保核不扩散。 一、燃料循环体系概念 目前 , 国际上有2种核燃料循环方式 , 即“一次通过” once 2 through cycle 和 “后处理燃料循环” reprocessing fuel cycle 。所谓 “一次通过” 方式 , 是将乏燃料作为废物直接进行地质处置。由于乏燃料中包含了所有的放射性核素 , 要在处置过程中衰减到低于天然铀矿的放射性水平 , 将需要 10 万年以上。所以 , “一次通过” 方式对环境安全的长期威胁“后处理燃料循环” 方式是通过后处理将乏燃料中的 U 和 Pu 提取出来进行再循环 , 以充分利用铀资源。 后处理所产生的高放废液 HLLW 经玻璃固化后进行地质处置。由于玻璃固化废物中含有所有的 MA 和 FP , 其长期放射性危害依然存在。如果将 MA和 LLFP 从 HLLW 中分离出来 , 则所制得的玻璃固化废物存放 10 3 a 左右后 , 其放射性毒性即可降至天然铀矿水平。如果将分离出的 MA和 LLFP 通过嬗变使之转变成短寿命或稳定核素 , 则核能生产对环境可能造成的放射性危害可减到很低的程度 。同时 , 嬗变过程中所释放的能量也可以利用 , 从而进一步提高铀资源的利用率。 MA 和 LLFP 的分离 嬗变方案是对 “后处理燃料循环” 体系的延伸 ,在此基础上 , 将形成 “先进燃料循环” advancedfuel cycle 体系。 不同燃料循环方式下核废物长期放射性风险。 “先进燃料循环” 体系是对现有核能生产及其燃料循环体系的进一步发展 , 它是现有的热堆燃料循环与将来的快堆或加速器驱动系统 accelerator 2 driven system , ADS 燃料循环的结合。随着快堆和 ADS 燃料循环的逐步引入 , 今后的先进后处理技术将同时处理热堆和快堆乏燃料以及嬗变靶件 , 实现U、Pu的闭路循环和MA 的嬗变。与现有的燃料循环体系相比 , 先进燃料循环体系应具有更高的铀资源利用率、 更好的核能生产经济性、 更佳的环境安全性以及更强的防核扩散能力。为此 , 今后的燃料循环过程将进一步简化。例如 , 在满足快堆燃料循环要求的前提下 , 水法后处理可开发 “一循环” Purex 流程 , 钚产品对FP 的去污因子可降至103 , 这可能使投资费用降低 1/ 2 ～ 1/ 3 , 产品的强辐射还能提供防核扩散屏障。如果今后干法后处理能够实现工业化 , 则具有更好的经济性和防核扩散能力。 后处理的去污水平降低要求后 , 相应的燃料元件的制备过程必须实现远距离操作 , 由此导致的费用上升可以通过简化燃料元件制备工艺得以补偿。燃料循环过程中产生的 Pu 、 MA 和LLFP , 将在快堆或 ADS 中燃烧或嬗变 , 以减少其长期放射性危害 , 保证环境安全 , 并利用燃烧过程中释放的能量。“先进燃料循环” 可以通过下述途径实现 :运行现有的热堆核电厂及其相关的燃料循环设施 包括后处理 ,实现 U 和 Pu 的再循环 ;从乏燃料中除了分离 U 和 Pu 外 , 进一步分离出 MA 和 LLFP , 将其制成燃料或靶件 , 利用快堆或 ADS 进行嬗变。日本将这种燃料循环方式称为 “双重燃料循环” double strata fuel cycle 。需要指出的是 , 尽管 “先进燃料循环” 体系极大地消除了长寿命核素的放射性危害 , 但最终仍不可避免地会产生需要地质处置的废物。 分离嬗变是 “先进燃料循环” 体系的重要组成部分。分离研究进展有关分离嬗变的探索性研究始于 70 年代 , 但围绕这一研究 , 一直存在相当大的争议。自从 80 年代末和 90 年代初法国和日本分别提出 SPIN separation 2 incineration 计 算 和OMEGA options making extra gains from actinides 计划以后 , 分离嬗变研究在全世