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在高温、无水状态下处理辐照核燃料(见核燃料循环)的化学工艺过程,是核燃料后处理中正处于研究、试验阶段的一类方法。其中研究比较充分的有氟化挥发流程、熔融精炼流程和盐转移流程等。
氟化挥发流程 利用铀和钚的六氟化物的高度挥发性和大部分裂变产物的氟化物难挥发的特点,使铀、钚与裂变产物分离的过程。处理动力堆的辐照核燃料(二氧化铀,含有钚),可采用选择氟化,即用五氟化溴在300~350℃与经氧化而生成的八氧化三铀反应,生成挥发的六氟化铀;氧化钚和裂变产物氧化物与五氟化溴反应,生成不挥发的四氟化钚和裂变产物氟化物,随后在高温下与氟气反应,生成挥发的六氟化钚。经过选择氟化和氟化达到了铀、钚和裂变产物之间的初步分离。六氟化铀的进一步净化,有精馏法和氟化钠吸附-解吸法;六氟化钚的进一步净化,有热分解法和选择化学还原法等。处理二氧化铀- 二氧化钚混合燃料,可采用全氟化流程,即混合核燃料在高温下与氟气反应,生成六氟化铀-六氟化钚的混合物,然后经净化,最后再制成二氧化铀-二氧化钚的混合核燃料。
熔融精炼流程 使活泼金属氧化造渣而与钚、铀分离的过程。将辐照过的铀、钚金属核燃料置于二氧化锆坩埚中,在惰性气氛下加热至 1400℃,此时裂变产物中的氙、氪以及气态的碘、铯从核燃料中逸出,活泼性金属如镧系元素以及钡、锶等裂变产物与坩埚中的氧反应,生成氧化物熔渣附着在坩埚内壁;然后将经过净化的熔融状态金属核燃料倾倒出来,与熔渣进行分离。这个过程也称氧化造渣过程。
盐转移流程 利用钚、铀和裂变产物在熔盐和熔融合金中的相对溶解度随组成的改变而变化很大的特性,选择适当组成的盐和合金来进行分离的过程。例如金属钚与裂变产物的分离可用镁铜合金(给体)在高温下与钚燃料接触,钚进入给体;含有钚的给体合金再与氯化镁和其他氯化物组成的熔融状态转移盐进行接触,比钚惰性更大的一些裂变产物留在给体合金中,钚与较活泼的裂变产物被氧化而进入盐相;最后盐相再与镁锌合金(受体)接触,钚被还原而进入受体,而活泼的裂变产物仍留在盐相内,从而达到了分离和净化钚的目的。
此外,还有氯化挥发、熔盐萃取、熔融金属萃取、高温电解等处理方法。
特点 与核燃料水法后处理相比,干法后处理具有以下优点:①水法流程采用的有机溶剂在强射线辐照下易发生辐射分解,因此从反应堆中卸出的核燃料必须经过一定的冷却期,再进行处理;而干法流程不存在这样的问题,它可以处理冷却时间很短的核燃料。核燃料的周转周期短,有利于核燃料的利用。②干法流程处理步骤比较少,厂房面积比水法后处理要小。③水法处理产生大量放射性液体,废液的处理是一个相当复杂的工艺过程,而干法处理通常产生的固体废物体积小,易于处理和贮存。④干法后处理由于不使用水溶液一类的中子慢化材料,临界事故危险不像水法那样严重。
干法后处理也存在一些需要解决的困难问题,如大部分高温过程的净化效果较差,高温反应特别是高温卤化反应设备的腐蚀较严重,设备维修和遥控操作都比较困难等。
据英国《新科学家》杂志网站报道,美国科学家最近成功地研制出了迄今世界上最小的燃料电池,这种电池的直径只有3毫米,可以产生0.7伏的电压并能持续供电30个小时.
处理的方式与铀燃料相似,先以机械方式切断燃料棒,再以浓硝酸溶解,惟金属钍在硝酸中呈“怠惰性”,故须添加小量HF,使之易于溶解,但氟离子易与铀及钍形成错化合物,影响萃取效果,且又引起强烈的腐蚀问题,解决...
钍燃料是指能制造可以能取代铀-235的核燃料铀-233的钍-232。钍资源中产量最多的矿物为独居石(monazite),一般钍含量为1~15%。首先将独居石以或氢氧化钠溶解,加以过滤、沉淀,再以硝酸溶...
核燃料后处理放化实验设施工程质量保证工作实践
当今,国内外质量管理的理念和方法已经发生了重大变化,特别是ISO9001-2008质量管理标准的出台,提出了质量管理新要求。在此形势下,我们感到核工程质量保证的内容和做法,不是僵化的、教条的和一成不变的,应该随着时代的发展而有所改进和创新,这样,才能保持质量保证的作用。核燃料后处理放化实验设施(CRARL)工程部注重采用一些方法,对质量工作改进和发展,以更好地满足《国防科技工业军用核设施质量保证规定》与核安全法规的要求。以下介绍CRARL质保部在供方评价、质保监查中进行的有益探索和实际做法,以期共同提高。
现场总线设备管理系统在核燃料后处理萃取装置的应用
针对核燃料后处理萃取装置,设计了一套基于FF现场总线和HART现场总线的控制系统,经比选,为该系统选用了AMS设备管理系统,给出了实现方法,以及AMS在组态、配置、设备诊断、回路校验和事件记录等方面的应用。
本书全面、系统地介绍了核燃料后处理工程的科学管理、技术细节、尚存问题及研究前沿,核燃料循环概念、各种反应堆乏燃料元件的基本特性、核燃料后处理的任务、核燃料后处理厂的特点、核燃料后处理工艺发展简史,溶剂萃取工艺的化学原理,乏燃料元件的类型、运输、贮存及后处理工艺的基本过程,乏燃料元件的首端处理,铀钚共去污分离循环,钚的净化循环和尾端处理,铀的净化循环和尾端处理,溶剂萃取循环的主要设备,放射性三废的处理与处置,后处理厂的监测手段,辐射防护与核临界安全控制。
核燃料后处理是裂变核能可持续利用的关键环节。本书可作为高等院校核工程专业、核化工专业、核燃料工程专业及环境保护专业的主干课教材,也可作为相关专业的选修课教材。
第1章 绪论
1.1 核燃料循环
1.2 反应堆乏燃料元件的基本特性
1.3 核燃料后处理的任务
1.4 核燃料后处理厂的特点
1.5 核燃料后处理工艺发展简史
复习思考题
第2章 溶剂萃取工艺的化学原理
2.1 锕系元素与裂片元素的水溶液化学
2.2 磷酸三丁酯的萃取性能
2.3 有机溶剂的降解及其对萃取工艺的影响
2.4 多级逆流萃取-洗涤过程及其定量描述
复习思考题
第3章 核燃料元件的类型及后处理工艺的基本过程
3.1 不同类型反应堆乏燃料元件对后处理工艺的影响
3.2 核燃料后处理工艺原理流程
3.3 乏燃料元件的运输与贮存
复习思考题
第4章 乏燃料元件的首端处理
4.1 乏燃料元件的脱壳方法
4.2 乏燃料元件的首端处理
4.3 燃料芯体的溶解设备
4.4 铀钚共萃取料液的制备
复习思考题
第5章 铀钚共去污-分离循环
5.1 铀钚共去污-分离工艺过程
5.2 铀钚共萃取共去污1A槽(柱)
5.3 铀钚分离1B槽(柱)
5.4 铀的反萃取1C槽(柱)
复习思考题
第6章 钚的净化循环和尾端处理
6.1 概述
6.2 钚的第二萃取净化循环
6.3 草酸钚(Ⅳ)的沉淀
6.4 几种沉淀钚的方法比较
6.5 草酸钚(Ⅳ)的煅烧
6.6 二氧化钚的性质
6.7 铀钚氧化物混合燃料的制备
6.8 工艺设备中聚积的草酸钚(Ⅳ)沉淀及含钚有机相的处理
复习思考题
第7章 铀的净化循环和尾端处理
7.1 概述
7.2 铀的萃取净化循环
7.3 硅胶吸附法净化铀
7.4 硝酸铀酰的脱硝与还原
7.5 一步法脱硝-还原生产二氧化铀
复习思考题
第8章 溶剂萃取循环的主要设备
8.1 对溶剂萃取设备的要求
8.2 混合澄清槽
8.3 脉冲萃取柱
8.4 离心萃取器
8.5 其他设备
复习思考题
第9章 放射性三废的处理与处置
9.1 概述
9.2 放射性废水的处理技术
9.3 高放废液的综合利用与最终处置
9.4 污溶剂的净化与再生
9.5 放射性废气的处理
9.6 放射性固体废物的处理与处置
复习思考题
附录
参考文献