下载文档原格式
核燃料后处理技术与应用研究核能是目前世界上广泛应用的一种清洁能源，但核燃料在使用过程中产生的高放射性废物却是对环境和人类生命的威胁。
为了解决这一问题，核燃料后处理技术应运而生。
本文主要介绍核燃料后处理技术的概念、主要方法以及应用研究进展。
一、核燃料后处理技术的概念核燃料后处理技术是指对核燃料在使用过程中产生的放射性废物进行分离、浓缩、稳定和安全存储的过程。
其目的是降低放射性废物对环境和人类的影响，同时回收可再利用的核材料。
核燃料后处理技术是核能利用的重要环节之一，它也是核电站运行和废物管理的关键。
目前国际上最常用的后处理技术是PUREX法和UREX+法，它们可以有效地分离和回收铀、钚等可再利用核材料，减少核废物的数量和危害。
二、核燃料后处理技术的主要方法目前核燃料后处理技术主要采用的方法有化学分离法、浸出法、溶剂萃取法、离子交换法等。
1. 化学分离法化学分离法是指通过化学反应实现核材料的分离和回收。
最常用的化学分离法是PUREX法和UREX+法。
PUREX法是指用二巯基辛烷酸（D2EHPA）萃取酸性溶液中的铀和钚，而其他放射性核素则留在溶液中。
UREX+法在PUREX法的基础上进一步改进，可以分离铀、钚和镎等多种元素。
2. 浸出法浸出法是将放射性物质浸泡在一定浓度的化学溶液中，使得放射性物质溶解在其中。
浸出法包括硫酸浸出法、氢氟酸浸出法、硝酸浸出法等。
3. 溶剂萃取法溶剂萃取法是将铀、钚等核材料从放射性物质中分离出来的一种方法。
它通过让放射性物质溶于溶剂中，然后将溶剂和其他放射性物质分离。
4. 离子交换法离子交换法是利用放射性物质的化学性质与具有亲和力的固体或树脂交换离子的方法，使得放射性物质被分离和回收。
三、核燃料后处理技术的应用研究进展核燃料后处理技术的应用研究一直是核能利用领域的热点之一。
近年来，国内外学者在核燃料后处理技术的研究和应用方面做出了很多有价值的贡献。
1. 将大气污染物转化为核燃料美国科研人员在最近一项实验中发现，可以将某些大气污染物转化为核燃料。
界面污物：溶解产品液含有少量二氧化硅和其他胶体沉淀。
进入萃取设备后，含Si 微粒容易积累在两相界面附近，吸附Zr-Nb 裂片，与溶剂降解产物结合形成界面污物沉淀，大大降低去污效率和铀、钚收率，破坏萃取器的稳定操作。
超临界状态(反应堆启动和提升功率的状态)：当反应堆系统的K 有效>1时，裂变中子一代比一代多，链式反应发散。
核燃料：含有易裂变核素或可转换物质，放在反应堆内能使自持核裂变链式反应得以实现的材料铀饱和度：已与硝酸铀酰络合的TBP 摩尔数在TBP 总摩尔数中所占的份额。
以ξ（%）表示为ξU =2Y u /Y T(0)×100%，Y u 为有机相中铀浓度（mol/L ）；Y T(0)为有机相中初始TBP浓度（mol/L ）随着ξU 的提高，铀、鎿、钚的分配系数均下降。
分离系数β：某两种元素的分离系数，指这两种元素在分离前含量的比值与分离后含量的比值的比值。
ε：快中子增值因子（由各种能量中子引起的裂变而产生的快中子总数与仅由热中子裂变而产生的快中子数之比。
f ：热中子利用因子（核燃料所吸收的热中子数与被吸收的热中子总数之比。
与核燃料在慢化剂中的浓度紧密相关）。
f=0活性区完全由慢化剂组成，f=1活性区完全有核燃料组成。
核燃料后处理：从乏燃料中除去裂变产物，分离并回收易裂变核素及可转换核素的的处理过程。
（建议理解）分配系数：用来描述在萃取和反萃取过程中物质分配状况的一个参数，表示在萃取过程中，某物质被萃取的能力，α=C 0/C a ，)('1'3)(M y P T n P n M M M M r r r T NO K X Y +±-==α核燃料后处理的任务：1）提取和纯化新生成的可裂变物质；2）回收和纯化没有用完的可裂变物质和尚未转化的转化材料；3）提取有用的裂变产物和超铀元素；4）对放射性废物进行妥善处理和安全处置。
铀钚共去污-分离循环的安全运行是核燃料后处理的关键环节之一，因为：（1）后处理厂稳定运行的持续时间、生产负荷由1A 槽（柱）控制；（2）后处理流程中的铀线和钚线需要几个净化循环，在很大程度上取决于1A 槽（柱）的净化效果；（3）有机溶剂的质量、再生效果及其对萃取过程的影响主要体现在1A 槽（柱）；（4）运行过程中，由于1A 槽界面污物的产生及其放射性积累所导致的开停车期间放射性后移问题最突出；（5）237Np 回收率的高低在很大程度上取决于1AP 中铀饱和度的控制；（6）在1AW 中铀、钚金属的流失量，占整个工艺流程中的铀钚总流失量的30%左右。
铀钚燃料循环的工艺铀钚燃料循环（U-Pu循环）是一种核燃料循环过程，使用铀-235和钚-239作为燃料。
以下是铀钚燃料循环的基本工艺过程：1. 采矿和铀浓缩：铀钚燃料循环的第一步是从天然铀矿中提取铀。
铀矿石经过粉碎、浸泡和提取等处理步骤，提取出铀矿石中的铀。
然后，这些铀化合物被进一步处理并进行铀浓缩，以获得富集了铀-235同位素的铀。
2. 反应堆燃料制备：浓缩的铀-235被用来制备反应堆燃料。
将铀-235与其他成分（如载体材料）混合，形成燃料棒或燃料元件。
这些燃料棒或燃料元件被装入核反应堆中进行核裂变反应。
3. 燃料回收：在核反应堆中使用过的燃料被称为“耗尽燃料”。
这些耗尽燃料中富含钚-239等可再处理的核素。
为了回收可再处理核素，耗尽燃料会经过化学处理步骤，从中提取出铀和钚。
4. 钚质量分离：回收的钚-239需要进一步净化和分离。
这个过程称为“钚质量分离”。
通过不同的化学方法，将钚-239从其他核素中分离出来，并对其进行纯化。
5. 钚燃料制备：分离和纯化的钚-239可用于制备新的核燃料。
将纯化的钚-239与其他成分混合，形成钚燃料棒或燃料元件。
这些钚燃料可再次装入核反应堆进行裂变反应。
6. 钚的再利用与贫化：钚-239经过燃烧后，仍然会产生含有钚的耗尽燃料。
这些耗尽燃料可以经过再次可再处理，提取出剩余的可再利用钚-239。
剩余的钚可以用于制备新的燃料，循环继续。
另一方面，也可以将耗尽燃料进行贫化处理，减少可再处理的钚含量，以降低核非扩散的风险。
总之，铀钚燃料循环包括铀浓缩、反应堆燃料制备、燃料回收、钚质量分离、钚燃料制备和钚的再利用与贫化等工艺。
这种循环可以提高铀资源利用效率，减少核废料产生，并有助于核能的可持续发展。
铀235的提取工艺铀235是一种重要的核燃料，在核能领域具有重要的应用价值。
铀235的提取工艺是指将天然铀中的铀235分离出来，以获得高纯度的铀235。
铀235的提取工艺主要包括铀矿石的选矿、浸出、萃取和精炼等步骤。
铀矿石的选矿是提取铀235的第一步。
铀矿石一般含有多种铀同位素，其中铀235的含量很低，只有0.7%左右。
选矿的目的是将含铀矿石中的杂质去除，提高铀235的含量。
选矿过程中常用的方法包括重选和浮选。
重选是利用矿石中矿石矿物的不同比重，通过重力分选的方法将含铀矿石分离出来。
浮选则是利用矿石中矿石矿物与水的亲疏性不同，通过气泡的作用将含铀矿石上浮。
选矿后，需要进行浸出操作，将含铀矿石中的铀溶解出来。
浸出一般采用酸浸的方法，常用的浸出剂包括硫酸和盐酸等。
浸出过程中，将矿石与浸出剂进行反应，将铀溶解到溶液中。
浸出的条件包括温度、浸出剂浓度、浸出时间等，需要根据具体情况进行控制。
浸出后，需要进行萃取操作，将溶液中的铀分离出来。
萃取是利用有机溶剂与铀溶液中的铀形成络合物，通过相分离的方法将铀从溶液中提取出来。
常用的有机溶剂包括三丁基磷酸（TBP）等。
萃取操作一般采用萃取塔或者离心机进行，将含有铀的有机相和水相分离。
萃取后，还需要进行精炼操作，以获得高纯度的铀235。
精炼操作主要是将萃取得到的含铀溶液经过多次提纯和纯化，去除杂质，提高铀235的纯度。
常用的精炼方法包括溶剂萃取、离子交换和气相扩散等。
通过这些方法，可以将铀235的纯度提高到90%以上。
总结起来，铀235的提取工艺包括选矿、浸出、萃取和精炼等步骤。
通过这些步骤，可以将含铀矿石中的铀235提取出来，获得高纯度的铀235。
铀235的提取工艺是核能领域中重要的一环，对于核燃料的生产具有重要的意义。
同时，铀235的提取工艺也需要严格控制，以确保工艺的安全性和环保性。
铀的提取和纯化铀的提取和纯化是指从铀矿石中提取铀直到制成核纯（见放射性核素纯度）铀化合物的工艺过程，是天然铀生产的重要步骤。
1正文主要产品有重铀酸铵(俗称黄饼)和三碳酸铀酰铵等。
纯化（又称精制）后的铀化合物产品，必须达到核纯的要求。
精制的产品进一步干燥、煅烧，加工成二氧化铀或八氧化三铀,供制作反应堆元件或六氟化铀（用于铀235的同位素分离）用。
整个过程须经下述单元操作：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。
可根据矿石种类、产品要求等不同情况，选择由上述单元操作所组成的适当流程。
破碎和磨细破碎是将矿石经颚式破碎机、圆维破碎机或锤式破碎机粗碎、中碎和细碎以达到所要求的粒度。
然后进行细磨，以达到浸取工序所要求的粒度。
浸取用溶剂将矿石中的铀选择性地溶解。
铀矿石经浸取后，铀与大部分脉石分离，浸取液中铀与杂质的比例比原矿石中约提高10～30倍，因此，浸取过程也是铀与杂质初步分离的过程。
铀矿石浸取方法一般有酸法和碱法两种。
多数铀水冶厂采用酸浸取法,少数厂用碱浸取法,只有个别厂同时采用酸、碱两种浸取流程。
酸浸取法一般用硫酸作浸取剂，矿石中的铀和硫酸反应,生成可溶的铀酰离子(UO卂)和硫酸铀酰离子【UO(SO)】;浸取时常加入氧化剂（常用二氧化锰、氯酸钠），以保持适宜的氧化还原电势（约450毫伏），使四价铀氧化成六价,以提高铀的浸出率。
含碳酸盐的铀矿石主要用碱法浸取，常用的浸取剂为碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液，在鼓入空气的条件下，矿石中的铀与碳酸钠生成碳酸铀酰钠Na【UO(CO)】,溶于浸取液。
矿浆的固液分离矿石浸取后所得到的酸性或碱性矿浆（包括含铀溶液、部分杂质及固体矿渣）中的溶液和矿渣须经分离。
根据需要也可进行粗矿分级，以除去+200～40目的粗砂,得到细泥矿浆。
常用的固液分离设备有过滤机、沉降槽（浓密机）；分级设备有螺旋分级机、水力旋流器。
中国还采用流态化塔进行分级和洗涤。
核燃料回收技术的研究与应用核燃料回收技术是指对燃料棒进行再加工处理，以提取其中的可再生核料，转化成新的燃料棒继续使用，同时还可以把燃料棒中的放射性废物进行更彻底的处理，减少放射性核素的释放。
在核能的发展中，核燃料回收技术已经成为不可或缺的一部分，可以有效地提高核能利用效率，减少燃料的消耗，同时也有助于解决放射性废物的处理问题。
核燃料回收技术的研究与发展历程是十分漫长的。
早在20世纪五、六十年代，世界各国开始投入大量资金进行核能技术的研究与应用，其中也包括一些核燃料回收技术的探索。
但由于当时的核燃料回收技术基本上都是以美国的PUREX工艺为基础，存在核武器扩散风险，遭到了国际社会的反对和限制。
直到20世纪七十年代，欧洲、日本等国家开始独立研发适用于民用核电站的核燃料回收技术，才逐渐形成了世界范围内的核燃料回收技术体系。
核燃料回收技术的研究和应用对于提高核燃料利用效率起到了至关重要的作用。
传统的核燃料只能利用里面10%左右的铀-235，而核燃料回收技术可以有效地提高铀利用率，一定程度上缓解了铀短缺的问题，并减少了核废料的产生，降低了核能发电的成本。
世界范围内的民用核能发电站普遍采用核燃料回收技术，在欧洲、日本等国家中，核燃料回收技术已经成为核能发电的主流技术之一。
在核燃料回收技术的发展过程中，出现了不少新的技术和方法。
其中，通过高温气相反应将旧燃料棒分解成它的组成部分的技术——单元气相处理技术，被广泛应用于美国、英国等国家的核能工业生产中。
FRAMATOME公司研究开发的ATGC（银亚铥锗）化学分离技术，是一种有效地提取铀和钚的高新技术，在核燃料回收技术的发展中也得到了广泛应用。
除了前述的技术，核燃料再加工技术中还有很多细分的技术领域和具体的实践项目。
法国的纳格洛（L&E），美国的纽奥莱斯国家实验室都在核燃料再加工技术领域有着很多研究和实践，在这些项目的不断实践和推广中，核燃料回收技术也在不断地完善和创新。
