华电 核工程导论 导论与简介9

1、第九章第九章 核电厂的核燃料管理与核燃料循环核电厂的核燃料管理与核燃料循环9.1 压水堆核电厂核燃料管理压水堆核电厂核燃料管理9.2 核燃料循环核燃料循环 ADS ADSMOXMOX9.3 铀矿的勘探、开采和加工铀矿的勘探、开采和加工 铀在自然界中以四价和六价两种价态氧化物的形式存在，铀在自然界中以四价和六价两种价态氧化物的形式存在，OHSOUOSOHUO242423酸法浸出时，铀矿物与硫酸起化学反应：酸法浸出时，铀矿物与硫酸起化学反应：八氧化三铀八氧化三铀 （黄饼）（黄饼）二氧化铀二氧化铀9.4 富集铀的生产富集铀的生产气体扩散法气体扩散法 离心机法离心机法转速转速 8万转万转/分分U3O8

2、 UF4 UF6在在1大气压下，大气压下，56时升华时升华为气体为气体 还原成还原成UO29.5 陶瓷型燃料芯块的制造工艺陶瓷型燃料芯块的制造工艺 从二氧化铀粉末制造芯块采用类似一般陶瓷的制造工艺，从二氧化铀粉末制造芯块采用类似一般陶瓷的制造工艺，主要工序包括：主要工序包括： 制粉制粉： 粉末的粒度越细，越容易烧结成高密度的芯块粉末的粒度越细，越容易烧结成高密度的芯块压坯压坯：在含少量氢气的氩气气氛中，将二氧化铀粉末装：在含少量氢气的氩气气氛中，将二氧化铀粉末装入具有碳化钨衬里的压模入具有碳化钨衬里的压模烧结烧结：生坯在烧结前须置于专用炉（或连续烧结炉的预：生坯在烧结前须置于专用炉（或连续烧结

3、炉的预热段）内加热至热段）内加热至400，并保持数小时后，以去除粘，并保持数小时后，以去除粘结剂和润滑剂。炉内应通入湿氢气（或裂解氨）或二结剂和润滑剂。炉内应通入湿氢气（或裂解氨）或二氧化碳，把从有机粘结剂分解出来的碳分氧化掉，以氧化碳，把从有机粘结剂分解出来的碳分氧化掉，以免芯块含碳量过高。免芯块含碳量过高。 研磨研磨9.6乏燃料的后处理乏燃料的后处理 裂变燃料（包括未分裂和新产生的）裂变燃料（包括未分裂和新产生的）可用作辐射源的某些放射性裂变产物可用作辐射源的某些放射性裂变产物高放射性废物（锕系核素）高放射性废物（锕系核素） 化工处理方法：沉淀、萃取、升华化工处理方法：沉淀、萃取、升华工艺

4、流程：工艺流程：湿法：把核燃料溶解于酸中，再用沉淀、溶剂萃取、离子湿法：把核燃料溶解于酸中，再用沉淀、溶剂萃取、离子交换或吸附的方法使铀、钚与裂变产物互相分离。因各交换或吸附的方法使铀、钚与裂变产物互相分离。因各项工序均为水相操作，故称为水法或湿法项工序均为水相操作，故称为水法或湿法 。干法：没有水相操作的后处理工艺，如高温冶金法、氟化干法：没有水相操作的后处理工艺，如高温冶金法、氟化挥发法等。挥发法等。 l溶剂萃取法的原理，是利用溶液种的硝酸铀酰和硝酸钚溶剂萃取法的原理，是利用溶液种的硝酸铀酰和硝酸钚很容易很容易“溶解溶解”于某些同水不相溶合的有机溶剂中，而于某些同水不相溶合的有机溶剂中，而

5、同时存在的裂变产物的硝酸盐却很不容易溶解，因而不同时存在的裂变产物的硝酸盐却很不容易溶解，因而不进入有机相而留在水相。令有机溶剂同燃料溶液互相逆进入有机相而留在水相。令有机溶剂同燃料溶液互相逆流并密切接触，可将水溶液中的硝酸铀酰和硝酸钚萃取流并密切接触，可将水溶液中的硝酸铀酰和硝酸钚萃取到有机溶剂中，而实现与裂变产物的分离。到有机溶剂中，而实现与裂变产物的分离。l用氟化挥发法可以避免溶剂萃取法的主要缺点用氟化挥发法可以避免溶剂萃取法的主要缺点工序工序繁多和产生大量高放射性废液。它的原理是利用六氟化繁多和产生大量高放射性废液。它的原理是利用六氟化铀和六氟化钚很容易挥发，而大多数裂变产物的氟化物铀

6、和六氟化钚很容易挥发，而大多数裂变产物的氟化物在中、低温度下不易挥发，极少数易挥发的氟化物如在中、低温度下不易挥发，极少数易挥发的氟化物如 ,等又不难同六氟化铀相分离。等又不难同六氟化铀相分离。9.7 放射性废物处理放射性废物处理 l世界上存在的各种物质无一不带有放射性。放射性废物世界上存在的各种物质无一不带有放射性。放射性废物是指含有放射性核素或被放射性核素污染，其放射性浓是指含有放射性核素或被放射性核素污染，其放射性浓度或放射性比活度超过国家规定限值的废弃物。度或放射性比活度超过国家规定限值的废弃物。 l放射性废物可分为为气体、液体和固体三类。放射性废物可分为为气体、液体和固体三类。l为使

7、放射性废物变成适于往大气、水体排放或作最终处为使放射性废物变成适于往大气、水体排放或作最终处置的状态所实施的工艺过程称为放射性废物处理。置的状态所实施的工艺过程称为放射性废物处理。l为使放射性核素在衰变到对人类无危害水平以前保持与为使放射性核素在衰变到对人类无危害水平以前保持与生物圈隔离所采取的措施称为放射性废物处置。生物圈隔离所采取的措施称为放射性废物处置。 放射性废物固化放射性废物固化l原则是，一切废物在处理前必须转化为某种稳定、牢固、惰原则是，一切废物在处理前必须转化为某种稳定、牢固、惰性的固体形态，以避免由于自然过程而可能造成的放射性核性的固体形态，以避免由于自然过程而可能造成的放射性

8、核素的迁移或弥散，从而实现与生物圈隔离的最终处置。素的迁移或弥散，从而实现与生物圈隔离的最终处置。l将废液转化为固体的工将废液转化为固体的工艺称为固化，其中沥青艺称为固化，其中沥青固化和水泥固化是当代固化和水泥固化是当代工业规模固化中等水平工业规模固化中等水平或低水平放射性废液的或低水平放射性废液的主要方法；玻璃固化是主要方法；玻璃固化是固化高水平放射性废液固化高水平放射性废液的常用方法；其他固化的常用方法；其他固化方法尚处于开发研究阶方法尚处于开发研究阶段。段。 9.8 放射性固体废物的处置放射性固体废物的处置l目标是，将经过预处理的放射性气态或液体废物，有目标是，将经过预处理的放射性气态或液体废物，有控制地向大气或天然水体排放，使之稀释至对人类环控制地向大气或天然水体排放，使之稀释至对人类环境无害的水平境无害的水平(接近本底值接近本底值)，净化处理残留物则转化，净化处理残留物则转化为固体另行处理。消除放射性固体废物对人类环境危为固体另行处理。消除放射性固体废物对人类环境危害的有效途径是，将废物与环境长期或永久地隔离，害的有效途径是，将废物与环境长期或永久地隔离，不再回取。不再回取。l各种地层处置方案须依赖能阻滞和延缓放射