法国能源开发中的后处理

法国能源开发中的后处理

[欧洲坚果概述]2001年3月4日报道的翠欧工艺是燃料循环的后段非常重要的成熟工艺。它是由溶剂萃取的，含有少量燃料组件的样品中的锆和铀，并已从马库尔和阿格尔的后处理厂获得应用。目前法国研究的重点已从Purex工艺的核心转移到废液的管理工艺和废物整备工艺。高杰马公司(Cogema)和法国原子能委员会(CEA)也建议在国际项目(例如大量废液的处理和玻璃固化或MOX燃料的制造)中应用最好的处理/再循环技术及相关的研究和开发成果。为大量的回收特性后处理对燃料循环后段的重要性首先体现在其具有在工业水平整备高放长寿命废物的能力。R7/T7玻璃固化工艺已经成为一种国际标准——其产生的玻璃块已被作为一种工业废物形式得到了许多国家(日本、德国、比利时、法国和瑞士)的安全主管部门认可。由法国电力公司(EDF)采用的后处理已满足了58座压水堆(PWR)的需求,使这些反应堆在运行时不需要新的贮存设施,其反应堆贮存水池中也没有累积的乏燃料。如果考虑到核能的长期战略分析,对钚进行多次再循环可使铀-238的所有能源潜力得到充分利用,因此可在易裂变材料不断消耗的情况下为将来提供巨大的能源储备。另一种方案——开式循环——是使由UOX燃料辐照产生的新钚累积下来,使用的惟一处置办法是将含钚量较高的物质贮存在深地质处置库中。影响阿格从根后处理研究的目标是在增加其短期和长期的可接受性的同时,保持和提高其经济效率。从技术角度上说,研究将使阿格的后处理厂能够考虑燃耗达到70GWD/t新的工业燃料。这种燃耗的加深是降低核能成本的一个重要因素。后处理还可以为来自乏燃料组件的核材料开发新的管理方案。为进行后处理研究,CEA和Cogema已在共同出资的基础上联合设置10个研究项目。方案的确立和研究为在处于启动阶段的新车间或干线工厂中的运营问题找到解决方案,增加工业方法的有效性和可靠性。最近发生的此类运营问题已在电站的前段(R1和T1车间)和玻璃固化工艺的前几个阶段(R7和T7车间)得到成功解决。预计在工厂的寿期中,将会定期出现此类小的运营问题,研究组将把他们的专业知识运用到工艺变动的化学分析和拟议的纠正行动中。他们还将继续开发出更加高效的分析和测量技术。目前已经增大了工业方法的灵活性(新燃料的负载水平的变化和匹配:深燃耗、研究堆燃料和其它因素)。玻璃固化和废液处理工艺在过去10年中,阿格后处理厂的废气和废液排放已大幅减少。附图表明在1990～1999年期间,阿格后处理厂处理的乏燃料量增加了3倍(从400t/a到1600t/a),而排放到海洋的废液数量是原来的1/10。这是对排污管理系统进行彻底改革(其目的是减少送往废液处理站(STEL)的废液量)所获得的成果。已在如下领域开展了研究和开发工作:·由于蒸发的去污效率要高于在STEL下游的沉淀工艺,在车间中安装本身也产生排出物的蒸发器。·将排污流直接引到玻璃固化车间,在玻璃固化步骤上游的罐中将超高放浓缩废物(5000Ci/l)与中放废物(1～10Ci/l)进行适当混合。玻璃固化工艺产生的废液排放量要远低于STEL的排放量。Cogema和CEA的政策是通过增加使用玻璃固化工艺和提高STEL的性能来减少其所有场区的废液排放。·在生产阶段限制排污流中的钠含量。如果玻璃基体中的钠原子含量过高,那么该玻璃基体的长期性能及其防渗漏能力将会受到影响。因此在车间中限制使用碳酸钠和氢氧化钠。冷技术的开发有关玻璃固化工艺的研究和技术发展的目标包括:·增大废液的处理能力;·降低成本(运营成本和资本成本);·通过使用高温玻璃配方,增加玻璃中的废物填充量。为实现这些目标,CEA和Cogema已开发出具有如下特点的冷坩埚技术:·熔融设备是专门为放射性废物的玻璃固化设计的;·它十分简便,实现了模块化、结构紧凑且可进行遥控维护;·玻璃被加入进行直接加热:在熔融过程中实现了高热量释放、高处理能力(100kg/h,而R7/T7工艺为25kg/h)以及高温;·熔化器用水来冷却,因此不会腐蚀;·熔融采用机械搅拌:这将使玻璃达到更好的均一性,并避免出现沉淀物问题。研究的另一个课题是冷坩埚技术的小型化,坩埚直径小于300mm的限值。小型坩埚(具有每年能将几立方米的中放废物玻璃固化的处理能力)将成为进行废物研究和开发的科研机构的一件有用工具。长寿命易嬗变产品目前正在法国废物法律的框架内研究长寿命放射性核素(即少量锕系元素,因为通过标准后处理提取钚,并将其作为长寿命易裂变产品)的分离。其目标是通过进一步嬗变来降低最终废物形态中的这些核素的放射性,并因此降低最终地质处置库的总废物毒性。通常使用压水堆(PWR)和快中子堆来实现钚的多次再循环和分离出的少量锕系元素的嬗变,与开式循环的相关场景相比,前者毒性仅为后者的1/120～1/50。apa燃料的后处理CEA已启动了多项研究计划,设计可通过在传统PWR中多次再循环来保持总的钚存量稳定性的先进燃料组件。最近提出的先进钚组件(APA)方案是建立在大型环状燃料棒的基础上,该大型环状燃料棒有一圈薄的钚层,安放在惰性支架上,象板状燃料一样通过两侧冷却。已公布的APA燃料采用的参考惰性基体是氧化铈,这将产生一种混合氧化物(Pu-Ce)O2,其中含钚27%,铈73%。最近还考虑了其它的惰性基体,例如由PuO2和锆合金或PuO2和MgAl2O4组成的金属陶瓷混合物。后处理研究的第一步涉及APA燃料的可溶性。一些基体在经改进的Purex工况下(例如溶解时间、足够的相温度、未溶解燃料的百分含量……)可溶解于含氮的介质。其它基体(例如PuO2和锆合金组成的金属陶瓷混合物)需要添加氧化剂或络合剂。研究计划的第二步涉及在Purex分离循环中溶解的核素的化学性质,并对分离循环的流程图进行详细审查。APA基体中新增的已溶解的化学物质通常都不会存在于高放废物流中。pwr燃料和废液管理工艺和化学成分过去5年研究涉及的内容包括从为阿格的核心车间投资提供支持所需的课题到改进废物技术。研究以在下一个5年中与提高经济效率和优化废物管理有关的课题(先进的玻璃固化和废液管理)为重点。较长期的研究涉及先进PWR燃料(例如APA)的后处理(为钚的多次再循环)、以及长寿命放射性核素的分离和嬗变(为在几千到几