核燃料循環(huán)答案整理

1、核燃料循環(huán)復(fù)習(xí)資料1-2 核燃料后處理的任務(wù)及其產(chǎn)品形式是什么？后處理廠的產(chǎn)品形式，取決于乏燃料中易裂變核素的種類和數(shù)量、還取決于產(chǎn)品的用途。钚是后處理廠最主要的產(chǎn)品。1-3 核燃料后處理廠的特點（書P12）1-4核燃料后處理工藝的發(fā)展簡史給你什么啟發(fā)？（P14）1-5 簡述輕水堆鈾燃料循環(huán)的主要工藝流程2-3 理解并會應(yīng)用描述磷酸三丁酯萃取鈾钚效果的三個概念：分配系數(shù)、分離系數(shù)、凈化系數(shù)。（會計算）l 分配系數(shù)：某物質(zhì)在互不相溶的兩相間達到萃取平衡時，它在有機相和水相中濃度的比值。 某物質(zhì)在有機相中的平衡濃度 某物質(zhì)在水相中的平衡濃度 分配系數(shù)越大，平衡時，該物質(zhì)進入有機相的量越多，而在水相

2、中的量越少。l 分離系數(shù)鈾钚彼此間的分離效果 鈾中去钚的分離系數(shù)Pu/U： 钚中去鈾的分離系數(shù)U/Pu： l 凈化系數(shù)DF用于表示鈾、钚中對裂片元素的去除程度。2-4 理解、記憶影響磷酸三丁酯萃取鈾钚的因素答：影響TBP 萃取鈾的因素：水相中UO2(NO3)2濃度；有機相鈾飽和度；硝酸濃度；TBP 濃度；共存的絡(luò)合劑；溫度 影響TBP 萃取钚的因素：硝酸濃度；TBP 中的鈾飽和度；TBP 濃度；溫度；TBP 降解產(chǎn)物的影響2-5 磷酸三丁酯對裂變元素的萃取性能。P522-6 有機溶劑的降解產(chǎn)物及其對萃取工藝的影響(PPT)降解產(chǎn)物：磷酸二丁酯、磷酸一丁酯、磷酸、其它。磷酸二丁酯產(chǎn)額最高。降解產(chǎn)

3、物對萃取工藝的影響：1）形成DBP·TBP萃取絡(luò)合物，增大有機相粘度。2）钚的萃取物很難反萃，降低了钚回收率。3）增加界面乳化，增加分離難度。3-1簡述不同類型反應(yīng)堆乏燃料元件對后處理工藝的影響（輕水堆+快中子堆,見P70）1.輕水堆乏燃料 后處理重點研究領(lǐng)域2.重水堆乏燃料 鈾-235、钚的含量較低，后處理在經(jīng)濟上部值得?？苫厥针?。3.高溫氣冷堆 燃耗深，后處理困難，處于研究階段。4.快中子堆 后處理技術(shù)難度大，目前只有英、法建成了公斤級后處理裝置。5.MOX燃料 原則上可在輕水堆乏燃料后處理廠進行，但需控制燃料中钚的含量。3-2核燃料后處理工藝原理流程框圖（注：常老師說了不要跟書

4、本一模一樣）PUREX流程的主要工藝步驟見書P743-4 乏燃料元件運輸中要考慮哪些問題？答：考慮的問題有： l 首先要考慮運輸方案?？捎闷?、火車或者輪船運輸乏燃料元件，如果核電站（或乏燃料中間貯存庫）與后處理廠均有鐵路專線及相應(yīng)的運輸設(shè)備，則鐵路運輸成為首選方案。 因為鐵路的運費比汽車低，而且一列軍用列車可運輸額定功率為1GW的核電站一年卸出的核燃料。海上運輸主要受后處理廠和核電站在地里分布上的制約。l 由于運輸乏燃料沿途可能要經(jīng)過居民區(qū)，因此，確保運輸安全是頭等大事。不但要確保貨包在正常狀態(tài)下完好無損，而且在發(fā)生事故的條件下，仍要確保不泄漏反射性物質(zhì)。運輸容器是發(fā)燃料元件的關(guān)鍵設(shè)備，它具

5、有安全性要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大的特點。容器殼體的選材，要考慮結(jié)構(gòu)材料、屏蔽材料和中子屏蔽材料。 3-5 簡述快中子增殖堆乏燃料后處理的基本步驟（框圖見書P79）3-5-1簡述熱中子增殖堆乏燃料后處理的基本步驟 熱中子堆乏燃料后處理工藝原理流程由從進料準備水池提升燃料組件、元件切斷-浸取首端處理，鈾钚共萃取共去污-分離循環(huán)，钚的凈化與尾端處理，鈾的凈化與尾端處理等部分組成。3-6 乏燃料組件放置（冷卻）貯存的目的是什么？4-1 水法核燃料后處理工藝的首段處理包括那些步驟？（P83）答：預(yù)先將燃料包殼除去，然后必須將燃料組件解體、燃料溶解，最后調(diào)試制成符合工藝流程要求的原料液。4-2 乏燃料元件

6、的脫殼方法有哪幾種？簡述各種優(yōu)缺點及其實用性(ppt)答：脫殼方法主要有：化學(xué)去殼發(fā)、機械去殼法、包殼和芯體同時溶解法及機械化學(xué)去殼法四大類。 化學(xué)去殼法：優(yōu)點：設(shè)備及操作簡單，成本低； 缺點：溶解速度慢且不穩(wěn)定腐蝕嚴重、燃料芯體部分損失，產(chǎn)生了大量高鹽分的高放射性廢液。 實用性：曾用于生產(chǎn)堆燃料原件的去殼，主要用于鋁燃料原件的包殼脫除。 機械去殼法：優(yōu)點：不增加廢液量，有利于后續(xù)萃取分離； 缺點：機械設(shè)備復(fù)雜，成本高；易造成芯體損失； 實用性：現(xiàn)階段傾向于使用這種方法。 包殼和芯體同時溶解法：優(yōu)點：適用于多種不同燃料原件處理；芯體不會損失； 缺點：增加放射性廢液；對設(shè)備腐蝕大； 實用性：現(xiàn)階

7、段較少使用。 機械化學(xué)去殼法： 優(yōu)點：不產(chǎn)生放射性廢液；不會造成芯體燃料損失；剪切機結(jié)構(gòu)簡單；成本低； 缺點：切割設(shè)備依舊復(fù)雜且需要遙控操作。 實用性：使用于處理包殼材料不溶于硝酸的燃料原件，用于處理鋯及其合金包殼、不銹鋼包殼的氧化物燃料元件的去殼，是動力堆乏燃料元件代表性方法。 4-4 1AF料液制備中要考慮那些問題?(P97)答：為了保證共去污萃取設(shè)備的聯(lián)系運行，達到規(guī)定的鈾钚凈化系數(shù)及分離系數(shù)必須進行澄清處理并按照第一萃取循環(huán)的工藝條件調(diào)制料液。 因此要考慮乏燃料溶解液中含有的一些由難溶組分形成的沉淀、懸浮物及膠體、溶解條件也有關(guān)以及懸浮物的組成合燃料及形態(tài)。 鈾钚共萃取料液的制備包括：

8、1) 乏燃料溶解液的預(yù)處理，除去溶解液中的固體顆粒； 2) 調(diào)整酸度以滿足高酸流程（硝酸濃度>2mol/L）或低酸流程（硝酸濃度為0.5mol/L左右）的要求 3) 調(diào)整鈾濃度 。對天然鈾，1AF中鈾濃度為1.51.8mol/L，對U235富集度較高的燃料，因受臨界安全限制，1AF中鈾濃度較低4) 調(diào)整钚的價態(tài)，以使鈾钚分別處于易于被TBP 萃取的U（VI ）和Pu（IV ）。 4-5試比較生產(chǎn)堆、動力堆和其他堆型乏燃料首端處理的特點和工藝要求動力堆：燃料組件有多種形式，尺寸差別較大，但共同點是燃料UO2填充在金屬或合金管內(nèi)。由于切斷后用硝酸浸取、

9、溶解UO2芯片，因此在切斷操作中有下列要求：1）切除端頭，使金屬材料盡可能少得進入溶解池。2）切成30-50mm的小段。3）每一小段的兩端不密閉4）剪切室維持負壓，防止放射性氣體與粉塵溢出。動力堆乏燃料組件因燃耗較深，其大型組件的總放射性活度水平可達8.57×109MBq，且對剪切熱室的粒子密封要求嚴格。在溶芯時僅有極微量的裂變產(chǎn)物未被溶解。溶芯時大部分揮發(fā)性的裂變產(chǎn)物惰性氣體被排入溶解尾氣。只有131I比較特殊，當硝酸濃度比較高時，已揮發(fā)的碘大部分又在冷凝器中回流，有一部分進入溶解尾氣，需要在尾氣系統(tǒng)進行處理。溶解后，需進行料液調(diào)制，即用稀硝酸調(diào)節(jié)料液的鈾濃度，用濃硝酸調(diào)節(jié)料液的硝

10、酸濃度，有時還需要調(diào)節(jié)钚镎的價態(tài)，以滿足后續(xù)工序?qū)α弦旱囊蟆恿Χ讶剂显袔氲墓枇坎幻黠@，故僅需在過濾上予以重視，不必進行絮凝處理。生產(chǎn)堆：溶芯時，燃耗較低、冷卻時間較長，131I基本衰變掉了，不需要在尾氣系統(tǒng)進行處理；元件溶芯產(chǎn)品液中存在有亞硝酸，故在供料前料液調(diào)制過程中不進行調(diào)價也能滿足隨后溶劑萃取工藝對鈾钚價態(tài)的要求；生產(chǎn)堆燃料元件中黏結(jié)劑帶入的硅量較多，因此進入萃取設(shè)備前的絮凝操作是非常必要的。研究試驗堆和材料試驗堆的乏燃料元件待處理量不大，但燃料元件的形狀很復(fù)雜；或者芯體材料在硝酸中難溶解；或者在處理高富集鈾燃料元件時，為確保高富集鈾燃料芯體在機械脫殼時無夾帶損失，最好同時溶解

11、包殼和芯體。5-2理解、記憶鈾钚共去污-分離工藝(P101)答：鈾钚共去污分離循環(huán)包括鈾钚共萃取共去污、鈾钚分離、鈾的反萃三個單元操作。其中萃取凈化過程包括萃取、洗滌、反萃三個單元操作。 PS：所對應(yīng)的框圖是在課本P102，大家自己畫。5-3簡述幾種還原钚（IV）實現(xiàn)鈾钚分離的方法，針對這些方法的優(yōu)缺點，你能提出什么新創(chuàng)意？（P115）l Fe2+還原钚（IV），實現(xiàn)鈾钚分離 氨基磺酸亞鐵 硝酸亞鐵-肼l 鈾（IV）還原钚（IV），實現(xiàn)鈾钚分離l 硝酸羥氨還原钚（IV）l 電解還原钚（IV）（P123）6-1 簡述钚凈化循環(huán)步驟及主要任務(wù)（P126，框圖在P125）答：實現(xiàn)鈾钚分離原理是：選擇

12、合適的還原反萃劑，將钚由 Pu（IV）還原到不被 TBP 萃取的Pu（III ），使钚從有機相轉(zhuǎn)入水相，而鈾仍以鈾（VI）保留在有機相中，從而實現(xiàn)鈾與钚的分離。 流程圖見P126钚凈化循環(huán)的任務(wù)是進一步去除共去污分離循環(huán)钚產(chǎn)品液及钚的第二萃取循環(huán)的钚產(chǎn)品液中的鈾和裂片元素，同時將钚溶液濃縮。7-1 簡述鈾凈化循環(huán)流程通常的鈾凈化循環(huán)為：鈾萃取流程+鈾反萃流程+硅膠吸附流程（1）鈾萃取流程：強化钚、镎、鋯、鈮、釕的去除。這一流程中最重要的添加物是肼。（2）鈾的反萃：采用稀硝酸做反萃液。（3）硅膠吸附：用于除去鋯和鈮（放射性活度的主要來源），經(jīng)硅膠吸附流程處理后，其放射性活度降低到可直接加工的水平

13、。7-2 在什么情況下需用三個萃取循環(huán)凈化鈾？在什么情況下只需用兩個萃取循環(huán)加硅膠柱吸附凈化鈾？答：在Purex 流程中，經(jīng)過兩個萃取循環(huán)后的硝酸鈾酰溶液，其反射性污染仍超過產(chǎn)品允 許標準。那么就要將鈾溶液經(jīng)過硅膠柱進行吸附處理，可使鈾得到進一步凈化，使其放射性 活度降低到可直接加工的水平；若前面的兩個萃取循環(huán)步驟所得的鈾/ 钚的純度已經(jīng)很高了， 且放射性已經(jīng)滿足要求了，那么就可以不用硅膠吸附了，而改用三個萃取循環(huán)的方法。7-3 為什么要進行硝酸鈾酰的脫硝和還原？答：經(jīng)溶劑萃取和硅膠吸附凈化工藝得到的合乎質(zhì)量要求的硝酸鈾酰溶液，不能直接進入和燃料循環(huán)或長期貯存。為便于加工成金屬鈾或其他的鈾化合

14、物形式，必須將硝酸鈾酰轉(zhuǎn)化為氧化鈾，該過程就叫做硝酸鈾酰的脫硝和還原9-1 后處理廠放射性三廢的來源，廢物處理、處置的基本原則，提出你的減量設(shè)想（P202、203、PPT）答：反射性三廢來源：核燃料后處理廠的廢物，是從乏燃料后處理中回收鈾、提取钚的過程中伴隨產(chǎn)生含有不同數(shù)量的裂片元素、超鈾元素的水相和有機相溶液、氣體和氣溶膠、固體物質(zhì)和粉塵。 放射性廢物的管理原則：減量化、資源化、無害化廢物處理與處置的基本原理： 放射性不受外界條件（如物理、化學(xué)、生物方法）的影響，在放射性廢物處理過程中：1、靠放射性物質(zhì)的衰變性質(zhì)使其放射性衰減，降低放射性危害；2、將放射性物質(zhì)從廢物中分離出來，濃集、減容、固

15、化，以達安全處置的目的。對放射性廢水處理原則是：稀釋排放、濃縮貯存和回收利用。 對放射性廢氣處理原則是： 對放射性固體廢物處理原則是： 9-2 放射性廢水的處理技術(shù)(P204)答：反射性廢水處理技術(shù)有： 1) 凝聚沉淀：是一種化學(xué)處理方法，其過程是往廢水中加入某些稱為凝聚劑的化學(xué)物質(zhì)，使廢水中的膠體狀物質(zhì)聚集成細小的可沉淀顆粒，顆粒與顆?；蚺c廢水中的懸浮狀物質(zhì)組合成絨粒，絨粒具有很大的比表面積和吸附能力，吸附更多的溶質(zhì)形成絮狀物。經(jīng)過澄清和機械過濾，將沉淀從水中分離。 2) 蒸發(fā)濃縮：該法是使溶劑水汽化、廢液得到濃縮，二次蒸汽冷凝液返回復(fù)用，而將殘液進行玻璃固化處理。 3)

16、 離子交換：采用離子交換樹脂可以將極低濃度的溶液中的某些離子進行選擇性的吸附，廣泛用于高中低反射性廢水的處理，且效果明顯。 4) 膜分離技術(shù)：該法是建立在選擇性滲透原理基礎(chǔ)上，以外界能量或化學(xué)位差為推動力，是待分離組分從膜的一邊滲透到膜的另一邊，達到分離、富集的目的。 5) 廢液固化：將反射性廢液及泥漿轉(zhuǎn)化為固體形態(tài)的工藝過程稱為固化。固化處理有水泥固化、瀝青固化或聚合物固化幾種方式。9-3 高放廢液的綜合利用與最終處置途徑(p228)答：高放廢液的綜合利用及最終處理途徑有： 1) 槽式貯存：雖然這不是最終的貯存方式，但是在固化之前，是必經(jīng)的貯存手段。其中用碳鋼槽貯存中性廢

17、液，不銹鋼槽貯存酸性廢液這兩種方法在耐腐蝕方面是相對安全的。 2) 次錒系核素和長壽命裂變產(chǎn)物的分離嬗變方案：將MA和LLFP 從HLLW中分離出來，然后利用熱中子堆、快中子堆進行嬗變處理，進而固化，不但可以減少反射性，而且還充分利用了鈾資源，確保核不擴散。 3) 從高放廢液中提取有使用價值的核素：先將高放廢液中的Sr 90、Cs 137、Am 241 、Cm242和Cm 244 等核素提取出來，然后再進行固化和永久貯存，這種方法比直接固化、永久貯存更安全，而且還獲得了有利用價值的裂片元素及超鈾元素。 快中子增殖堆乏燃料的幾個特點是什么：答：特點是： 1 ）高燃耗

18、、裂變產(chǎn)物含量高（10% ）（輕水堆中約4%）。 2 ）乏燃料比放射性活度高，要求鈾、钚對裂變產(chǎn)物的去污系數(shù)大于107，三個萃取循環(huán)以上。 3 ）水相和有機相的輻射分解效應(yīng)大，需提高萃取效率，縮短料液與有機相的接觸時間。 4 ）钚的含量高（比熱中子堆的乏燃料高一個數(shù)量級），需引入逆流電化學(xué)還原反萃法。 5 ）高含量的钚存在，需確保萃取過程的核臨界安全。鈾钚分離原理（P111）答：實現(xiàn)鈾钚分離原理是：選擇合適的還原反萃劑，將钚由 Pu（IV）還原到不被 TBP 萃取的Pu（III ），使钚從有機相轉(zhuǎn)入水相，而鈾仍以鈾（VI）保留在有機相中，從而實現(xiàn)鈾與钚的分離。 9-6：放射性固體廢物的處理方法有哪些？（P265） 答：放射性固體廢物的主要處理方法有：壓實減容、回收錒系元素、固定和封閉等，三者可以組合應(yīng)用，也可以單獨應(yīng)用。 壓實減容：針對體積大、密度低、比反射性活動高、含有長壽命超鈾元素、中子活化產(chǎn)物及氚的高放固體廢物，通常采用機械壓實的方法來減容，然后封裝在安全的容器中以便貯存及處置；有些廢物采用高壓捆扎減容。 焚燒法：可燃廢物有紙張、脫脂棉、手套、防護服、膠鞋、木材、有機離子交換樹脂等多種，通過焚燒減少其體積和降低其可燃性，在處理前要對廢