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核燃料循环与乏燃料后处理、分离与嬗变思想页PPT文档

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五核燃料循环完ppt课件

五核燃料循环完ppt课件
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
核燃料循环
1 核燃料循环 2 铀资源 3 勘探与采冶 4 转化 5 浓缩 6 元件制造 7 堆内使用和暂存 8 核燃料的处理
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
铀浓缩
铀－235同位素的浓度 天然铀：0.712％（CANDU） 浓缩铀：2(轻水堆)~10％，低浓缩铀、高浓缩铀 贫料铀：0.2%（未料）
铀浓缩 --同位素分离
铀同位素分离扩散机群
Gaseous diffusion
铀同位素离心级联
Ultracentrifugation
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
美国
价格
南非
澳大利亚
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
世界铀资源用于反应堆的产能效率
按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤
天然铀资源
用于热中子反应堆
6.1 核燃料循环 Nuclear Fuel Cycle
前端
后端
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人

核燃料循环PPT课件

核燃料循环PPT课件

第五章 核素图和同位素手册
FWHM（60）： 峰康比：64：1 相对效率（60） ：40％
图3 HPGe谱仪60Co能谱图
第五章 核素图和同位素手册
图4 14C标准溶液的液闪谱 图5 90Sr-90Y样品的液闪谱
第五章 核素图和同位素手册
图6 纯化后239Pu 谱图
第五章 核素图和同位素手册
❖ 核燃料循环
核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧及以后的处理的整 个过程称为核燃料循环。这个过程包括：铀（钍）资源开发、矿 石加工冶炼、铀同位素分离和燃料加工制造，燃料在反应堆中使 用，乏燃料后处理和核废物处理、处置等三大部分。也有一些国 家考虑对乏燃料不进行后处理，或暂不考虑后处理。因此，前者 为闭式核燃料循环（图1-1），后者为开式核燃料循环或一次通过 式核燃料循环（图1-2）。
于1） G3 增殖堆（核燃料转换比大于1）
H．新堆 型开 发阶 段
H1 实验堆 H2 原型堆 H3 商业示范（验证）堆
I1 重水堆，有压力容器式和压力管式之分
I．结构型 式
I2 钠冷快堆，有池式与回路式之分 I3 高温气冷堆，有球床式与柱床式之分 I4 轻水型研究试验堆，有游泳池式、水罐式与
池内罐式之分
479.5 187W 510.6 & 511.0
1460.8 40K
650
600
550
536.7 184Ta 551.5 187W 567.2 583.2 610.5 615.3 618.4 187W 625.5 187W
654.9
685.8 187W
250
200
150
100
50
30.7 179W 58.0 W-K1 & 59.3 W-K2

核燃料后处理工学PUREXppt课件

核燃料后处理工学PUREXppt课件
11
5.2 共去污-分离循环
(二) 工艺条件的选择
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ① 料液铀浓度 ➢ ② 料液和洗涤剂的硝酸浓度 ➢ ③ TBP浓度 ➢ ④ 铀饱和度 ➢ ⑤ 流比 ➢ ⑥ 温度
12
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ① 料液铀浓度
✓ 高(生产能力/进料级的铀饱和度) ✓ 太高(粘度/密度/流动性)
• 加浓铀燃料元件：200-300g/L • 天然铀或低加浓铀：1.8mol/L
13
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ② 料液和洗涤剂的硝酸浓度
高酸(3mol/L)进料低酸(1mol/L)洗涤
✓ 优点： • 有利于去除钌/锆/铌 ✓ 缺点： • 降低了设备的生产能力； • 有机相降解比较严重； • 提高了试剂消耗量，增加了强放废液处理和贮存费用。
25
5.2 共去污-分离循环
(3) 铀的反萃取（1C槽）
➢ ① 硝酸浓度 ➢ ② 温度
提高温度有利于 • 铀的反萃 • 分相，减少相夹带
➢ ③ 流比
铀的收率 反萃水相的铀浓度不致太低
26
5.2 共去污-分离循环
(4) 污溶剂的净化与复用
➢ 定义 ➢ 目的 ➢ 要求 ➢ 方法
27
5.2 共去污-分离循环
蒸发浓缩器
➢ 装置： 1CU ➢ 任务：便于对2DF调料
调料罐
➢ 装置： 2DF,2AF ➢ 任务：调酸调价
水相废液
➢ 装置：1AW,2DW,2AW
污溶剂
➢ 装置：1CW,2BW,2EW
5
6
5.2 共去污-分离循环
(一) 过程概述 ➢ (1) 共萃取共去污(1A)

乏燃料后处理再循环 PPT

乏燃料后处理再循环 PPT

快堆核燃料循环
快堆核燃料循环
钚在快堆（包括ADS）中循环的优点
● 增殖燃料，使铀资源的利用率提高50∼60倍 多次循环——使核能成为可再生能源
● 嬗变废物，MA和LLFP在快堆中焚烧，使 需要地质处置的高放废物体积和长期毒性降低 1～2个数量级
快堆核燃料循环
与乏燃料一次通过相比不同分离情况的放射性毒性降低因子
热堆燃料循环
热堆核燃料闭式循环的局限性
分离鈈再循环的问题
-----------------------------------------------------------------------------
乏燃料
钚各种同位素含量(%)
Pu-238 Pu-239 Pu-240 Pu-241
---------------------------------------------------------------------------UOX 燃料
已知资源量 推测资源量
还是470万闭吨合（<循130环美元?/kg ) 1000万吨
非常规铀资源
磷矿
2200万吨
海水
40亿吨
———————————————————————————
核燃料“一次通过循环”与“闭式循环”
铀资源问题
一次通过 还是闭合循环?
根据全球核能发展趋势，常规铀资源只能支持几十年
核燃料“一次通过循环”与“闭式循环”
快堆核燃料循环
快堆乏燃料特点－
☞ 燃耗更深 ( > 150 GWd/tHM ) ☞ 比活度更高 ) 钚含量更多
强辐射（γ，α）有可能使得 水法后处理（基于有机试剂）难以胜任， 干法后处理（基于无机试剂）作为一种候选技术 在各国受到重视。

核燃料后处理工学 PUREX(课堂PPT)

核燃料后处理工学 PUREX(课堂PPT)
23
5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）
9
5.2 共去污-分离循环
(一)过程概述
(2) 1B槽（铀钚分离槽）
➢ 1BX：还原反萃剂 ➢ 1BS：补充萃取剂 ➢ 1BP：水相反萃液 ➢ 1BU：含U有机相
10
5.2 共去污-分离循环
(一) 过程概述 (3) 1C槽
➢ 1CX：铀反萃取剂 ➢ 1CU：含铀水相反萃液 ➢ 1CW：污溶剂
✓ 依据：
• 当1AF料液中锆铌含量比钌多时
✓ 优点：
• 由于采用较高铀浓度的料液而提高了设备的生产能力； • 降低了强放废液1AW的硝酸浓度。
✓ 缺点： • 增加了铀/钚净化循环除钌的负担。
16
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ③ TBP浓度 ➢ 所处理对象
➢ 高加浓铀燃料元件 • 2%-15%(体积)TBP浓度 ➢ 天然铀及低加浓铀燃料元件 • 30% (20%-40%) (体积)TBP浓度 • 生产能力 • 水力学性能 • 铀/钚和裂片元素分配系数
核燃料化学工艺学
Part Ⅱ 核燃料后处理
第五章 溶剂萃取工艺过程
第十三讲 聂小琴
1
第五章 溶剂萃取工艺过程
5.1 普雷克斯流程概述 5.2 共去污-分离循环 5.3 钚的净化循环 5.4 铀的净化循环
2
5.1 普雷克斯流程概述
普雷克斯 (Purex: Plutonium Uranium Recovery by Extraction—萃取回收铀钚)
13
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ① 料液铀浓度
✓ 高(生产能力/进料级的铀饱和度) ✓ 太高(粘度/密度/流动性)

第六章-核燃料循环PPT课件

第六章-核燃料循环PPT课件

.
39
铀的浓缩方法
• 气体扩散法
最成功、最经典的方法 轻同位素气态时移动较快，通过多孔分离膜抽取，
如3%浓、0.2%贫,需要3900级 美国、法国等使用
• 气体离心法
通过重力和离心场，重的在外 单位分离功耗电只是气体扩散法的5%，成本下降
了75% 日本、欧洲等
• 气体喷嘴法
高速吹向凹型壁，惯性和离心力使重物近壁面
• 地下开采：井巷掘进
用于埋藏较深的矿体
凿岩爆破
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）
.
7
世界铀资源
勘定储量：5Mt 推测储量：25Mt 包括海水中的铀：25Gt 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
.
8
世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
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
• 堆浸heap leaching

核燃料循环


铀同位素分离扩散机群
铀同位素离心机联
铀的浓缩
--因为同位素有几乎相同的化学特性，不易用化 学分离因此铀的浓缩是精炼油的物理过程
--利用微小质量差分离U238和U235 --浓缩厂的最终产品为UF6
铀浓缩厂
铀的浓缩
1.气体扩散法 最成功、最经典的方法、商业开发的第一个浓缩方法，利用不同质量 的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。 轻同位素气态时移动较快，更快通过多孔分离膜抽取，通过的气体被 送到下一级 ，达到反应堆,需要1000级以上 美国、法国等使用 2.气体离心法 通过重力和离心场分离，重的在外，近轴处的气体被导出送入下一台 离心机，单位分离功耗电只是气体扩散法的5%，成本下降了75% 日本、欧洲等使用 美国当年在日本广岛投放的原子弹就是通过这种技术制成的。 3.气体喷嘴法 高速吹向凹型壁，惯性和离心力使重物近壁 面 喷嘴法的单级分离系数介于气体扩散法和离 心法之间，比能耗和比投资与气体扩散法相当 或略大。由于气体动力学法的比能耗和比投资 都很高，已经成功应用扩散法的国家一般都不 再研制气体动力学方法。
铀矿冶是指从铀矿石中提出、 浓缩和纯化精制天然铀产品的过程。 铀矿冶是核工业的基础。
目的是将具有工业品味的矿石， 加工成有一定质量要求的固态铀化 学浓缩物， 以作为铀化工转换的原 料。
在铀矿冶中，由于铀含量低、 杂质含量高、腐蚀性强，又具有放 射性， 铀的冶炼工艺比较复杂，需 经多次改变形态，不断进行铀化合 物的浓缩与纯化。
图1-3 轻水堆电站、铀-钚燃料循环示意图
黄 华
前言
核燃料循环，为核动力反应堆供应燃料和其后的所有 核燃料循环 处理和处置过程的各个阶段。它包括铀的 采矿，加工提纯，化学转化，同位素浓缩，燃料元件 制造，元件在反应堆中使用，核燃料后处理，废物处 理和处置等。

乏燃料处理国际概览及战略意义PPT参考课件


也研究了在压水堆(PWR)、沸水堆(BWR)和重水堆(HWR)中再循环使用的研
究．逐渐使MOX燃料在轻水堆中的应用达到了工业规模。据截至2000年的统
计，已有2 200套以上的MOX燃料组件在法国、德国和比利时等国家的30多
个PWR和BWR中使用，平均燃耗达40 000 MWd／t重金属。
美国自20世纪80年代停止发展核能后。乏燃料后处理也停止了发展。现在没
Hello 乏燃料处理的国际关系和战略意义
理科生环地 林楠
.....授.课.：X.XX....
1
目录
1.乏燃料后处理的基本过程 2.乏燃料后处理的国际概况 3.发展乏燃料处理的战略意义
...授.课.：.XX.X.....
2
为了应对化石燃料的短缺和保证能源安 全，核电因其清洁性和高能量密度而受 到青睐，进入了一个积极发展期，由此 也带来了对核电站卸下的乏燃料进行有 效管理的问题。 目前，对于乏燃料的管理，国际上主要 有两种战略考虑： 1.“一次通过”战略 2.“后处理”战略 今天，我主要介绍第二种方式的国际概 况及其战略意义。
利用率很低，一般只利用天然铀中0．6％左
右的能量⋯．难于满足核电长期的可持续发展。如果实
施闭合循环的技术路线，在铀钚再循环阶段。乏燃料中
的铀回收复用，使资源利用率由0．6％左右提高到l％
左右，可缓解天然铀资源的消耗。如闭合循环发展到快
堆增殖循环，能把天然铀中占99．7％的铀一238也充
分利用起来，使资源利用率提高到60％左右，是铀钚
说如“一次通过”要建四个最终地质处置库实，施铀钚再循环
建一个就可以了。如果实施快堆增殖循环。对高放废物进行分
离。把分离出的长寿命裂变产物和次锕系核素，放到快堆中嬗

核燃料循环后端 PPT


大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
乏燃料：大部分238U(95%)， 235U（小于0.83%）, 一定数量Pu（1％），裂变产物(约3%)
后处理的目的：提高资源利用——回收乏燃料中 的铀、钚进行再循环(MOX) 改进废物管理——减少废物体积， 实施先进燃料循环(P/T)
乏燃料经过冷却之后仍有很强的放射性，并有 很高的衰变热 核燃料循环中的非常重要的活动
—— 受国家和国际法规（IAEA）的限制 —— 受社会的高度关注
IAEA：国际原子能机构
可采用公路、铁路和 海上运输的方式 核运输是非常安全和成熟的商业活动
法国每年运输大约1,500万件危险品，其中: 30万件为放射性物品，15,000件与核燃料循环有 关 ，750件为燃料、乏燃料、HLW（高放废物）
机械设备实验大厅
中国第一座动力堆乏燃料元件后处理中间试验厂 （中试工程），兰州404厂
设计能力为日处理100公斤乏燃料
我国404厂的核燃料处理能力
日本的燃料再处理厂
青森県上北郡六ヶ所村大字尾駮字野附
乏燃料运输 一座1000MWe的PWR每年卸出乏燃料大约30吨，
经过一段时间的冷却之后要运离反应堆（离堆贮 存）
铀矿开采
新元件
反应堆
乏燃料
燃料获取
元件制造
中间储存
图1-1. 开式或一次通过式燃料循环示意图
切割、包装 最终处置库
铀矿开采
新元件
反应堆
乏燃料
燃料获取
元件制造
钚产品
中间储存
堆后铀、钚
后处理
乏燃料
废物处理处置 图1-2. 闭式核燃料循环示意图
• 我国核燃料循环相关企业情况

核燃料循环PPT课件


铀同位素分离扩散机群
铀同位素离心机联
第19页/共27页
铀的浓缩
--因为同位素有几乎相同的化学特性，不易 用化学分离因此铀的浓缩是精炼油的物理过 程 --利用微小质量差分离U238和U235 --浓缩厂的最终产品为UF6
铀浓缩厂
第20页/共27页
1.气体扩散法
铀的浓缩
最成功、最经典的方法、商业开发的第一个浓缩方法，利用不
第11页/共27页
铀的加工冶炼
常规的铀提取工艺一段包括，铀矿石的破碎和磨 细、铀矿石的浸取、矿浆的固液分离、离子交换和溶 剂萃取法提取铀浓缩物、溶剂萃取法纯化铀浓缩物。
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
将铀溶解的化学反应过程（用酸或碱的水溶液） 铀的纯化
从纯净的溶液中提取铀（浓缩和纯化使铀和杂质分开） 达到较高和核纯级要求的产品
系统将化学试剂均匀地喷洒，化学试剂在渗滤过
程中与铀矿物反应，形成的含铀溶液经底部集液
系统收集，送水冶厂处理，得到最终产品。 地下
堆浸与
地表堆浸不同之处是将矿堆
建在井下。与常规采矿方法
相比，堆浸采铀省去了磨矿
工艺。主要以北方可地浸砂
岩型矿床为主（新疆、东北、
堆浸提铀
第9页/共27页
原地爆破浸出采铀
原地爆破浸出是通过爆破手段，将天然埋藏下 的铀矿体原地破碎到一定块度，形成矿堆，再 用化学试剂与矿堆接触并发生化学反应，有选 择地浸出铀至溶液中，最终将含铀溶液收集并 输送至水冶厂处理，得到铀产品的一种采矿方 法。这种方法大大减少了矿石运输量和尾矿库 的容积，有利于环境保护。
第7页/共27页
原地浸出采铀简原称地地浸浸采出铀采，是铀在矿床天然产
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核燃料循环与乏燃料后处理、 分离与嬗变（P/T）思想
核燃料循环
• 必要性： • 1、补充裂变物质 • 2、过分的腐蚀与辐射损伤 • 3、回收转化得到的裂变物质 • 4、从回收物质中去除吸取中子的裂变产物
未烧完的和新生
成的易裂变材料 钚239、铀235或 铀233
乏燃料
裂变元素锶90、 铯137、锝99
PYROX流程
• 乏燃料中超过98%的U 被还原成金属U，而 Cs，Sr 和Ba 进入熔盐，TRU、稀土和贵金属 仍留在阴极吊篮中，大部分稀土和Zr 仍然 以氧化物的形式存在。
处理LWR 氧化物乏燃料的PYROX 流程示意图
电还原处理氧化物燃料
氧化物燃料电还原处理的原理示意图
氟化挥发法
DDP流程的改进
TBP--磷酸三丁酯
• 化学稳定性，挥发性小,与水仅稍微混溶 • 在很强的辐照场下发生部分分解，分解产
物磷酸二丁酯和磷酸一丁酯可用碱溶液洗 除，因此它容易再生使用。
• 密度与水相近，粘度较大，需要加入稀释 剂以降低密度和粘度。
Purex process流程
准备：核燃料溶解于 硝酸；调节PH与浓度， 使钚处于四价状态。
乏燃料 辐照核燃料
大量未用完的 可增殖材料： 铀238或钍232
在辐照过程中产生的镎、 镅、锔等超铀元素
其它
乏燃料的影响
时间
30—300年，Cs（铯） 300～10 000
和Sr（锶）是主要 年．钚和镅是
的放射性来源
主要放射来源
10 000～250 000 年，铀同位素占 主要来源
250 000年以后， Np（镎）、 I和 Tc（锝）是最主 要的放射源
docin/sanshengshiyuan doc88/sanshenglu
铀和钚被TBP萃取，实现铀、 钚与裂变产物的初级分离。
蒸浓,调节硝酸和铀的浓度, 并使钚重新处于四价状态。
稀硝酸反萃取铀、钚。
Purex流程的分离净化效果
•
干法
• 在高温下进行 • 优点： • 采用的无机试剂具有良好的耐高温和耐腐
蚀和耐辐照性能； • 工艺流程简单，设备结构紧凑； • 试剂循环使用，废物产生量少。
•冷却与首端处理：冷却将乏燃料组件解体， 脱除元件包壳，溶解燃料芯块等。
•化学分离：即净化与去污过程，将裂变产物 从U-Pu中清除出去,然后用溶剂淬取法将铀-钚 分离并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提 取出来。
Purex process
用稀释的磷酸三丁酯（TBP）做有机溶剂， 水相中加入硝酸。 •优点： • 废物量减少 • 工艺条件和应用方面有较大的灵活性 • 由于溶剂闪点较高而减小了着火的概率 • 降低了运行费用 •原理：萃取
氟化挥发法 熔盐金属萃取法
干法
利用U，Pu 的氟化物与裂变产物的挥 发性不同来实现分离。 虽然分离过程的概念简单，但是实际 操作中设备材料腐蚀严重、Pu 的挥 发性与非挥发性形态间的转变困难。
利用U 和裂变产物在熔融氯 化盐和液态金属Bi 体系中的 分配比差异来实现分离。
熔盐电精制
电解精致过程图
• 闭式循环：
•
水法
•
干法
一次通过循环
• 铀的利用率<0.7%
• 填埋：
•
空间：1吨核废料=2立方米
•
污染：放热，融化，地下水
铀资源
Байду номын сангаас
• 常规铀资源：
•
已知铀资源：470万吨
•
推测铀资源：1000万吨
• 非常规铀资源：
•
磷矿：2200万吨
•
海水：40亿吨
铀资源问题
常规铀资源只能支持几十年
水法过程
JAEA提出的DDP改进流程的物料计算
FLUOREX流程
•氟化挥发法与水法后处理流程相结合
FLUOREX流程处理氧化物燃料
干法缺点
高温
强腐蚀（特别 是氟化物体系）
对于强放射性环境下的 操作设备的要求太高。
•分离效率较低 •批式操作，限制了流程的处理量 •对挥发产物的管理有困难
谢谢！
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后三种核素是最麻烦的．因为在环境条件下，其都以可溶的形式存在。
核燃料循环
乏燃料后处理的意义
•资源的充分利用： •乏燃料中资源丰富 •循环增加利用率，增加使用年份
乏燃料后处理的意义
• 减轻环境保护负担： • 乏燃料体积大幅减小 • 放射性水平大幅减弱 • 没有固化后融化的隐患
乏燃料处理方法
• 一次通过循环