核燃料循环后端PPT课件
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核燃料循环第一章核燃料循环第二章核燃料循环前段第三章燃料在反应堆的辐照第四章锕系元素及裂变产物元素过程化学第五章核燃料后处理第六章先进燃料循环第一章核燃料循环几千年来人类一直在为扩大能源、提高自己驾驱自然界的能力而奋斗。
在掌握原子能以前,人类利用的几乎一切能源,只涉及分子或原子的重新组合,不涉及原子核部结构的变化。
人类到20世纪初才逐步认识原子核。
人为地促使原子核部结构发生变化,释放出其中蕴藏的巨大能量并加以利用,是20世纪40年代才实现的,这就是原子能工业的开端。
当核能进入人们的生产和生活后,一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。
就全球围来说,能源是维持人类生存和发展的必要条件。
特别是对于发展中国家,要提高人民的生活水平,除了国外的和平环境外,教育、卫生、农业的发展和工业化的实现,均有赖于足够的能源供应,尤其是电力供应。
表各国人均一次能源消耗(2003年,单位: 人均吨当量油)当前,世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料,化石燃料不是可再生能源,用掉一点儿就少一点儿。
燃烧化石燃料向大气排放大量的“温室气体”二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物,并排放大量的烟尘,这些有害的物质对环境造成了严重的破坏。
核能不产生这些有害物质。
1987年,世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了“可持续发展”的概念。
为了实现可持续发展,人类迫切地需要新的替代能源。
在开发新型能源时,人们往往首先想到除水力资源外的可再生能源,如太阳能、风能、地热能、潮汐能等等。
但是这些可再生能源的能量过于分散、间断性,难以收集,因受多种条件限制,只能在一定条件下有限的开发,很难大量利用,估计每种能源在总能源利用中很难超过1%。
尽管太阳能是一种清洁的、可再生能源,但由于它的能流密度太低,在单位面积上得到的能量很小,一座1000MW的太阳能电站,为吸取太阳能的地面面积大约是108m2,要把这样大面积的太阳能收取和集中到发电站来所需的技术措施和经济代价都是难以接受的。
核电工程导论
第四章核燃料循环
重庆大学
第四章核燃料循环
⏹4.1 核燃料循环体系
⏹4.2 核燃料循环前端
⏹4.3 堆内燃料循环
⏹4.4 核燃料循环后端
4.1 核燃料循环体系Nuclear Fuel Cycle 前端
后端
Nuclear Fuel Cycle
核燃料循环系统
⏹
铀矿石开采和冶炼⏹
铀转化⏹
铀同位素浓缩⏹
核燃料元件制造⏹
核电站⏹
乏燃料后处理⏹废物处理前端后端
核燃料的制造
六氟化铀
黄饼矿石冶炼
转化
浓缩芯块
烧结组装
4.2 核燃料循环前端
⏹世界铀资源
⏹
⏹铀矿石开采和选冶Mining
⏹铀水冶
Uranium Ore Processing
⏹铀化合物的转化
Conversion (UO2, UO3, UF4, UF6, U3O8, U)
⏹铀的浓缩
⏹
Fuel Fabrication (AGR, FBR, GCR, LWR, MAGNOX, MOX, PHWR,
RBMK, Pellets)。
核燃料循环第一章核燃料循环第二章核燃料循环前段第三章燃料在反应堆内的辐照第四章锕系元素及裂变产物元素过程化学第五章核燃料后处理第六章先进燃料循环第一章核燃料循环几千年来人类一直在为扩大能源、提高自己驾驱自然界的能力而奋斗。
在掌握原子能以前,人类利用的几乎一切能源,只涉及分子或原子的重新组合,不涉及原子核内部结构的变化。
人类到20世纪初才逐步认识原子核。
人为地促使原子核内部结构发生变化,释放出其中蕴藏的巨大能量并加以利用,是20世纪40年代才实现的,这就是原子能工业的开端。
当核能进入人们的生产和生活后,一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。
就全球范围来说,能源是维持人类生存和发展的必要条件。
特别是对于发展中国家,要提高人民的生活水平,除了国内外的和平环境外,教育、卫生、农业的发展和工业化的实现,均有赖于足够的能源供应,尤其是电力供应。
表各国人均一次能源消耗(2003年,单位: 人均吨当量油)当前,世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料,化石燃料不是可再生能源,用掉一点儿就少一点儿。
燃烧化石燃料向大气排放大量的‚温室气体‛二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物,并排放大量的烟尘,这些有害的物质对环境造成了严重的破坏。
核能不产生这些有害物质。
1987年,世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了‚可持续发展‛的概念。
为了实现可持续发展,人类迫切地需要新的替代能源。
在开发新型能源时,人们往往首先想到除水力资源外的可再生能源,如太阳能、风能、地热能、潮汐能等等。
但是这些可再生能源的能量过于分散、间断性,难以收集,因受多种条件限制,只能在一定条件下有限的开发,很难大量利用,估计每种能源在总能源利用中很难超过1%。
尽管太阳能是一种清洁的、可再生能源,但由于它的能流密度太低,在单位面积上得到的能量很小,一座1000MW的太阳能电站,为吸取太阳能的地面面积大约是108m2,要把这样大面积的太阳能收取和集中到发电站来所需的技术措施和经济代价都是难以接受的。
潘良明重庆大学4.1 4.2 4.3 堆内燃料循环4.4 核燃料循环后端前端铀矿石开采和冶炼 铀转化铀同位素浓缩 核燃料元件制造 核电站乏燃料后处理废物处理黄饼矿石浓缩芯块烧结组装Uranium Ore Processing铀化合物的转化Conversion (UO 2, UO 3, UF 4, UF 6, U 3O 8, U)Uranium EnrichmentFuel Fabrication (AGR, FBR, GCR, LWR, MAGNOX, MOX, PHWR, RBMK, Pellets)勘定储量:推测储量:包括海水中的铀:世界上重要的铀矿资源国家•澳大利亚44%•哈萨克斯坦20%•加拿大18%•南非8%•美国、独联体、刚果、尼日利亚等我国的东北、西北、西南及中南地区都蕴藏有铀加拿大哈萨克斯坦美国价格世界铀资源用于反应堆的产能效率1770000折算为标准煤吨数6000001t 天然铀的产能值(442500包括海水中的铀:44250推测储量:8850勘定储量:用于快中子反应堆天然铀资源按能值折算为标准煤单位:Gt标准煤*: 分离工厂贫铀中997.748Gt地位和作用•不属于核燃料循环•提供铀矿储量信息铀矿种类和价值•已发现•具有实际开采价值只有•一般铀含量•最高的含量•主要在花岗岩中影响铀矿床工业的主要因素•矿石品位•矿床储量•开采条件普查勘探工作程序•区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等•地形测量、地质填图、原始资料编录等•我国需要5年以上的时间铀矿地质勘探核工业地质局核工业北京地质研究院核工业航测遥感中心核工业西北地质局二O八大队核工业地质局二一六大队核工业东北地质局二四三大队核工业西北地质局二O三研究所核工业中南地质局二三O研究所核工业东北地质局二四O研究所核工业华东地质局二七O研究所核工业西南地质局二八O研究所核工业华南地质局二九O研究所核工业总公司种类•沥青铀矿•钾钒铀矿铀含量•铀矿石平均含铀品位为:•富矿: 储量测量:•航空测量•γ 铀储量•探明储量:经过地质勘探,计算分析,得到的具体储量•预测储量:铀的矿床、矿田和成矿区域中比较有利的地区,根据这些地区的成矿条件推算出来的铀矿石铀矿放大倍广西富钟县花山区铀矿中国是铀矿资源不甚丰富我国铀矿探明储量居世界第位之后,不能适应发展核电的长远需要矿床规模以中小为主矿石品位偏低•一般在千分之一含量就要开采,成本较高•开发堆浸、地浸技术,可降低成本我国逐步发现了花岗岩型38%、火山岩型22%、砂岩型四大类型的铀矿床•北方铀矿区以火山岩型、砂岩型为主Æ地浸•南方铀矿区以花岗岩型为主Æ堆浸广东湖南江西云南广西浙江新疆河北陕西已探明的铀矿•大小铀矿床•矿床以中小型为主主要分布•江西、广东、湖南、广西,以及新疆、辽宁、云南、河北、内蒙古、浙江、甘肃等省主要的铀矿床•相山铀矿田、郴县铀矿床、下庄铀矿田、产子坪铀矿田、青龙铀矿田、腾冲铀矿床、桃山铀矿床、小丘源铀矿床、黄村铀矿床、连山关铀矿床、蓝田铀矿床、若尔盖铀矿床、芨岭铀矿床、伊犁铀矿床、白杨河铀矿床已经建成和新建的厂矿•衡阳铀矿、郴州铀矿、大浦街铀矿、上饶铀矿、抚州铀矿、乐安铀矿、翁源铀矿、衢州铀矿、澜河铀矿、仁化铀矿、本溪铀矿、蓝田铀矿、伊犁铀矿等地位和作用•从地下矿床中开采出工业品位的铀矿石•或将铀经化学溶浸,生产出液体铀化合物铀的开采•露天开采机械化程度高、生产能力大、生产成本低、劳动条件好•地下开采:井巷掘进用于埋藏较深的矿体井巷工程:决定了矿山基建时间•原地浸出(地浸)in situ leaching,ISL通过地表钻孔将化学反应剂注入矿带,通过化学反应选择性地溶解矿石中的铀,并将浸出液提取出地表具有生产成本低,劳动强度小仅适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床(砂岩型)•苏联技术•建于1960年铀含量•铀的矿冶工艺•提炼方式•铀的选矿重力选矿、磁选选矿、放射性选矿•铀的水冶用酸或碱的水溶液•铀的纯化浓缩和纯化使铀和杂质分开Æ达到较高和 产品•重铀酸铵(黄饼)铀矿开采铀含量0.1%~0.2%形态矿石矿浆粉末核纯铀40%~70%陶瓷等75%我国的铀矿开采和矿石提炼能力 中国有几十座矿山、铀水冶厂、铀开采联合企业 中国的铀处理厂在矿山附近。
正文核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧后的处理的整个过程。
这个名称反映了核燃料在反应堆中只能烧到一定程度就必须卸出并换上新燃料这个特点。
乏燃料(即烧过的燃料)中的铀和钚可以分离出来并返回反应堆,作为燃料循环使用,形成核燃料的循环。
核燃料循环概况核燃料循环以反应堆为中心,划分为堆前部分(前段)和堆后部分(后段)。
前段指核燃料在入堆前的制备,包括铀矿的开采、铀矿石的加工精制(即前处理)、铀的转化、铀的浓缩和燃料元件制造等过程。
后段指从反应堆卸出的乏燃料的处理,包括乏燃料的中间储存,乏燃料中铀、钚和裂变产物的分离(即核燃料后处理),以及放射性废物处理和放射性废物最终处置等过程。
附图表示压水堆电站的核燃料循环,其中略去三废处理中气体、固体和中低放废液的处理和处置。
(见彩图)核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环前段核燃料循环从开采铀资源开始。
开采出来的铀矿石经过精选,送到前处理厂制成八氧化三铀。
压水堆核电站以含铀235约3%的低浓铀作为燃料,但天然铀的铀235含量只有0.720%。
为了把天然铀中铀235的含量提高到3%,需要进行铀同位素分离即铀的浓缩。
当前工业规模的铀的浓缩工厂以六氟化铀为供料,因此需要把前处理的产品八氧化三铀进行还原、氢氟化和氟化转变为六氟化铀,这就是铀的转化过程。
在铀的浓缩工厂中,六氟化铀中的铀235含量被浓缩至3%左右。
这样得到的六氟化铀须再经过一个转化过程变为二氧化铀,才能送至元件制造厂制成含铀235约3%的低浓铀燃料元件。
至此,核燃料循环的前段完成。
后段从压水堆卸出的乏燃料中,铀235的含量仍有0.85%左右,高于天然铀;而且每吨乏燃料中还含有约10千克的钚,其中可作为核燃料的钚239和钚241约占7千克。
因此,如将这些易裂变核素分离出来,作为燃料返回反应堆,既可节约天然铀,又可节约分离功。