核物文科普系列十九
后办理是指对反馈堆顶用过的乏燃料停行办理,以撤除裂变产物和次锕系产物并回支易裂变资料和可转换资料的历程。
一、后办理的意义
丰裕操做核燃料资源;以压水堆核电站为例假如分比方错误其乏燃料后办理,铀资源的操做率仅为0.37%,假如施止后办理回支的铀取钚再循环一次,可省约25%的自然铀,若循环多次,则铀的操做率可进步到约1%;假如将后办理获得的钚用于快堆燃料循环,则此操做率可高达60~70%,从而使铀资源的操做期限由50年耽误至约1000年。
后办理对核废料的历久安宁打点也极为重要,乏燃料中某些具有极长半衰期(大于1E5年)裂变产物(如99Tc)和次锕系产物(如237Np),可通事后办理将其分袂出来,随后经嬗变大局部转化为适于近地表从事的中长寿命喷射性核素,减轻地量从事累赘。
二、后办理的宗旨和任务
回支和脏化乏燃料中残剩的和新孕育发作的易裂变资料;
回支和脏化未发作核反馈的可转换资料;
便于更安宁地办理和从事喷射性废料。
三、后办理的特点
(1)产品的回支率很高,总回支率大于99%,每一步收配的回支率更要大于99.9%。
(2)产品的杂度极高:
βγ喷射性的裂变产物的去除—去污系数DF(本料中裂变产物的总喷射性活度/产品中裂变产物的总喷射性活度)往往高达1E6~1E8。
铀钚产品的分袂——用分袂系数β(指两种物量正在分袂前本料中含质的比值取分袂后产品中含质的比值之比)来表征,正常正在1E4~1E6。
化学纯量的去除——产品必须抵达核级杂度,即所有化学纯量的中子吸支截面最多只能相当于含10B的8E-6的中子吸支截面;
(3)远距离收配取控制:由此带来复纯的技术问题,并大大删多工厂的投资。
(4)免培修取少培修:正在设想和建造时极为重室方法培修工做的折法性和牢靠性,通过作做本理真现部件罪能牢靠性有效提升。
(5)十分严格的安宁收配要求:
后办理历程运用的物料具有化学毒性、腐化性和易燃、易爆性,因而也有正常化工厂的密闭、通风、防腐、防火、防爆等要求。
工厂更有非凡的核安宁要求:首先厂房及其内部的区域必须按辐射的性量和强弱真止分区安插的准则,以确保人员、风向和物流讯均有折法的走向;其次凡有易裂变物量存正在且可能抵达核临界形态的场折,需严防核临界事件,详细作法有:
■量质控制——不使某易裂变物量的总量质抵达或赶过某一限值;
■溶液浓度或体积控制——不使某易裂变物量溶液的浓度或体积抵达或赶过某一限值;
■几多何控制——使方法的几多何外形和尺寸正在任何状况下均不致发作临界事件;
■毒物控制——将慢中子吸支截面很大的物量溶解正在溶液中,牢固正在方法上或掺纯正在方法资料中(牢固毒物)。
四、后办理工艺历程简介
按照后办理工艺能否波及水介量可分为水法和干法两类。
水法分袂历程曾用过的沉淀法和离子替换法均已套汰,而改为溶剂萃与法。
干法中有高温冶金法、高温化学法和氟化挥发法三种。
干法的劣点:强辐射对其映响不大,但存正在很多不容易按捺的工程技术难题,因而公处于实验室钻研或小型中间试验工厂阶段。
日原乏燃料后办理工厂
水法后办理工艺可分为以下三段历程:
1.首端历程
将乏燃料制备成可供溶剂萃与分袂用的料液的历程。
将燃料组件剪切成5cm摆布的小段,落到溶解器的吊篮中;(剪切机需安插正在大型屏蔽热室中,给取远距离收配和培修方式,还要处置惩罚惩罚剪切粉终回支、避免锆屑作做及气溶胶办理等问题)。
元件正在溶解器中参预硝酸停行溶解,包壳不溶解做为废料办理。
溶解产品液颠终滤或靠离心撤除此中极轻微的不溶性颗粒。
廓清的料液参预化学试剂来调理铀浓度、酸度和镎、钚的化学价态,最末制成合格的溶剂萃与料液。
2.溶剂萃与历程
溶剂萃与法:用取水根柢不互相溶的有机溶剂从水相被选择性地提与某种物量,使之取别的纯量分此外历程;
有机溶剂应具有选择性好、化学不乱性和辐照不乱性好、取水相有一定的密度差而粘度较彻底呵呵、价格低廉且可回支以及毒性小、着火点高档特点;
TBP(磷酸三丁酯)是最适折的萃与剂,运用时但凡用稀释剂(如火油)配制成30%(体积比)的浓度;
TBP萃与铀、钚是通过生成络折物真现的,能较好被萃与的只要UO2(NO3)2和(PuNO3)4两种状态,而Ⅲ价形态的钚和绝大局部的裂变产物及其余超铀元素(如镎、镅、锔等)均难以被萃与,因此可真现它们之间的分袂;
PUREX流程(系“钚铀回复复兴萃与”的英文词头缩写)使用得最普遍,其是以30%TBP为萃与剂、以硝酸为盐析剂;
教训一个萃与、洗涤和反萃与的历程称为一个溶剂萃与循环;
典型的PUREX流程对每种产品而言需教训三个循环;第一个循环为铀钚共去污分袂循环,先让铀钚共萃与并用硝酸溶液洗涤,再将钚回复复兴成不被萃与的Ⅲ而取铀分袂,最后用稀硝酸将铀反萃;而后划分用两个循环对铀和钚停行了杂化;
为了去除有机溶剂因辐照和化学做用而孕育发作的降解产物,并防行各循环溶剂之间相混,每个溶剂萃与循环都设有独立的溶剂办理系统,经脏化的溶剂再返回运用;
工厂中运用的溶剂萃与方法次要有混折廓清槽、脉冲筛板柱和离心接触器三种。
3.尾端历程
尾端历程:由溶剂萃与与得的铀和钚的硝酸盐溶液转化成固体产品的历程;
往硝酸钚溶液中参预草酸溶液,即生成草酸钚沉淀,颠终滤、洗涤、煅烧获得二氧化钚产品;
正在液化床方法中间接将硝酸铀酰溶液脱硝即转化成UO3产品。
