关于核燃料循环之乏燃料后处理的报告

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'关于核燃料循环之乏燃料后处理的报告'
关于核燃料循环之乏燃料后处理的报告经过对2010~2011下半年的核燃料循环课程的学习,我们了解了循环的概况:1.铀矿冶;2.铀转化;3.铀浓缩;4.核燃料元件制造;5.反应堆燃烧;6.核燃料后处理;7.高放废物贮存;8.玻璃固化;9.地质处置。学习中我们认识到每个环节都极其重要,下面我们将针对核燃料循环之核燃料后处理进行详细论述。一、 乏燃料定义乏燃料又称辐照核燃料。在反应堆内烧过的核燃料。核燃料在堆内经中子轰击发生核反应,经一定时间从堆内卸出。它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th,未烧完的和新生成的易裂变材料239Pu、235U或233U以及核燃料在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素,另外还有裂变元素90Sr、137Cs、99Tc等。经过冷却后把有用核素提取出来或把乏燃料直接贮存。二、我国乏燃料的来源1.已投入商业运行的核电站(秦山核电站、大亚湾核电站,未来还将会有多座核电站建成)2.用于核技术研究的实验堆(401、903等)3.核动力潜艇(未来还将会有核动力航母)4.军用生产堆(一部分已经处于退役阶段)三、乏燃料的管理办法   目前,对于乏燃料的管理,国际上主要有两种战略考虑:   其一是“后处理”战略。即对乏燃料中所含的96%的有用核燃料进行分离并回收利用,裂变产物和次锕系元素固化后进行深地质层处置或进行分离嬗变,这是一种闭路核燃料循环。其特点是铀资源利用率提高,减少了高放废物处置量并降低其毒性,但缺点是费用可能较高,可生产高纯度的钚,有核扩散的风险。   其二是“一次通过”战略。即乏燃料经过冷却、包装后作为废物送入深地质层处置或长期贮存,美国曾经支持此战略,但其最终处置场尤卡山项目碰到了困难,现在美国已转向了后处理。该战略特点是费用可能较低,概念简单;无高纯钚产生,核扩散风险低。但缺点是废物放射性及毒性高,延续时间长达几百万年;没有工业运行经验。乏燃料后处理是核燃料循环后段中最关键的一个环节,是目前对核反应堆中卸出的乏燃料的最广泛的一种处理方式。四、乏燃料后处理1.乏燃料后处理的定义乏元件从堆内卸出后,从“燃烧过”的乏燃料和辐照过的转换材料中,提取未耗尽的和新生的易裂变核素,并从裂变产物中提取有用的同位素。2.乏燃料后处理的目的1t乏燃料中回收的铀和钚相当于22000t石油,提取和纯化新生成的易裂变核素(239P/233U),回收和纯化没有用完的易裂变核素(235U/239Pu)和尚未转换的可转换的材料238U。提取有用的裂变产物(90Sr,137Cr等)和超铀元素(237Np,241Am)处理放射性废物,使其适合于长期安全储存,转变成公众可接受的易于安全处置的形式。3.乏燃料后处理的工艺流程 (1)湿法:磷酸铋流程、Redox流程、Trigly流程、Butex流程、Purex流程、Thorex流程。(2)干法:高温冶金流程、高温化学流程、氟化物挥发流程。 五、我国乏燃料后处理的现状2010年12月21日中国第一座动力堆乏燃料后处理中间试验工厂中核404中试工程热调试取得成功,这就是我国乏燃料后处理的现状。这意味着我国核技术取得重大突破,核燃料效率猛增60倍,中国铀资源够用3000年。但是,中国的乏燃料后处理技术还处于落后阶段,不要说跟技术先进的法国和英国比,我们比邻国印度还要落后二十年。目前,中国的核燃料循环前段(包括铀矿勘探、采冶、提纯、铀转化、铀浓缩、燃料制造)已经形成工业能力,当然其规模尚待扩大,技术水平尚待进一步提高,以满足国内核电快速发展的需要;我国核燃料循环后段尚未形成工业能力,我们没有压水堆乏燃料后处理厂,也还没掌握MOX燃料制造技术和工厂,快堆乏燃料后处理研究尚未正式开始。404中试厂的技术还不是很先进,一些关键的设备包括剪切机、溶解器,后处理钚尾端的关键设备,一些远距离维修技术,自控技术等都还比较落后。但是我们毕竟自己搞出来了,具有了改进和发展的基础。六、我国乏燃料后处理的发展趋势1.技术引进在自主研发的同时,中国和法国也一直就后处理大厂的技术引进和合作进行谈判。在2008年的中国国际核工业展上,法国原子能委员会主席阿兰·毕加披露了中法合作细节:中法在合作建设一座价值150亿欧元的乏燃料后处理和循环再利用工厂问题上已经成立了联合工作组,总体进程顺利。尚未解决的问题只有两个:一是选择哪种最佳技术方案;二是国际保障、监督的实施方式。实际上,最大的障碍是引进的代价。其实,真实的价格与阿兰·毕加透露的150亿欧元也有差距,为200亿欧元,而后处理大厂的年处理能力为800吨。相比之下,法国为美国曾经考虑(奥巴马上台后,美国停止了后处理厂建设计划)开建的年处理能力为2500吨的后处理厂开出的价码仅为120亿美元,如果包括一个MOX厂,则为160亿美元。从800吨到2500吨,成本约增加50%,算起来法国给中美之间的价格也相差两倍。 造成这种差价的原因是美国在后处理方面有深厚的技术基础。美国是最早建成军用和商用后处理厂的国家,在上世纪70年代初建成了处理能力为1500吨/年的商用后处理厂。基于卡特政府的不扩散核能政策,美国于1977年决定采用“一次通过”循环方式,故该后处理厂建成后未投入运行。  然而,美国的商用后处理厂虽叫停,后处理技术的研发却并未停止。这使得美国在谈判中掌握了较大的话语权。  在技术引进的谈判中我们要掌握话语权,就必须有一定的技术基础。404中试厂的热调试成功为我们在谈判中加上了一枚筹码,等到未来中试厂正式运转起来,我们的议价能力会更强。在乏燃料后处理方面,做好专项科研是实现“以我为主,中外合作”建设商业化后处理大厂的重要支撑,必须自主掌握建设后处理大厂核心技术。因此,后处理重大专项也是中国核工业为自己打造的一枚谈判利器。2.自主研发  在引进谈不拢的情况下,中核集团有了第二个方案,即自建一个年处理能力为200吨或400吨的厂。用重大专项的科研成果肯定来不及了,所以中核很有可能是在404中试厂的技术基础上来做,适当放大几倍还是有可能的。我国对于全盘引进并不赞同。把全盘引进变成关键设备引进,成本就可以降低很多,因为引进关键设备的话时间可以加快,我们也能掌握主动权。目前,在完成国家规定的50吨乏燃料处理任务后,中试厂将进行改扩建,形成年处理80吨的能力。当然,这个过程还需要好几年。   随着中国核电产业的爆发式发展,乏燃料后处理的研究日益受到重视,并被列入了国家科技16个重大专项之一《大型先进压水堆和高温气冷堆核电站重大专项》中,并为后处理技术单列出了70多亿元的经费,以建成一个更先进的后处理厂。以上便是我们对我国乏燃料后处理的综述,特此报告。
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