1、第九章第九章 核電廠的核燃料管理與核燃料循環核電廠的核燃料管理與核燃料循環9.1 壓水堆核電廠核燃料管理壓水堆核電廠核燃料管理9.2 核燃料循環核燃料循環 ADS ADSMOXMOX9.3 鈾礦的勘探、開采和加工鈾礦的勘探、開采和加工 鈾在自然界中以四價和六價兩種價態氧化物的形式存在，鈾在自然界中以四價和六價兩種價態氧化物的形式存在，OHSOUOSOHUO242423酸法浸出時，鈾礦物與硫酸起化學反應：酸法浸出時，鈾礦物與硫酸起化學反應：八氧化三鈾八氧化三鈾 （黃餅）（黃餅）二氧化鈾二氧化鈾9.4 富集鈾的生產富集鈾的生產氣體擴散法氣體擴散法 離心機法離心機法轉速轉速 8萬轉萬轉/分分U3O8

2、 UF4 UF6在在1大氣壓下，大氣壓下，56時升華時升華為氣體為氣體 還原成還原成UO29.5 陶瓷型燃料芯塊的制造工藝陶瓷型燃料芯塊的制造工藝 從二氧化鈾粉末制造芯塊采用類似一般陶瓷的制造工藝，從二氧化鈾粉末制造芯塊采用類似一般陶瓷的制造工藝，主要工序包括：主要工序包括： 制粉制粉： 粉末的粒度越細，越容易燒結成高密度的芯塊粉末的粒度越細，越容易燒結成高密度的芯塊壓坯壓坯：在含少量氫氣的氬氣氣氛中，將二氧化鈾粉末裝：在含少量氫氣的氬氣氣氛中，將二氧化鈾粉末裝入具有碳化鎢襯里的壓模入具有碳化鎢襯里的壓模燒結燒結：生坯在燒結前須置于專用爐（或連續燒結爐的預：生坯在燒結前須置于專用爐（或連續燒結

3、爐的預熱段）內加熱至熱段）內加熱至400，并保持數小時后，以去除粘，并保持數小時后，以去除粘結劑和潤滑劑。爐內應通入濕氫氣（或裂解氨）或二結劑和潤滑劑。爐內應通入濕氫氣（或裂解氨）或二氧化碳，把從有機粘結劑分解出來的碳分氧化掉，以氧化碳，把從有機粘結劑分解出來的碳分氧化掉，以免芯塊含碳量過高。免芯塊含碳量過高。 研磨研磨9.6乏燃料的后處理乏燃料的后處理 裂變燃料（包括未分裂和新產生的）裂變燃料（包括未分裂和新產生的）可用作輻射源的某些放射性裂變產物可用作輻射源的某些放射性裂變產物高放射性廢物（錒系核素）高放射性廢物（錒系核素） 化工處理方法：沉淀、萃取、升華化工處理方法：沉淀、萃取、升華工藝

4、流程：工藝流程：濕法：把核燃料溶解于酸中，再用沉淀、溶劑萃取、離子濕法：把核燃料溶解于酸中，再用沉淀、溶劑萃取、離子交換或吸附的方法使鈾、钚與裂變產物互相分離。因各交換或吸附的方法使鈾、钚與裂變產物互相分離。因各項工序均為水相操作，故稱為水法或濕法項工序均為水相操作，故稱為水法或濕法 。干法：沒有水相操作的后處理工藝，如高溫冶金法、氟化干法：沒有水相操作的后處理工藝，如高溫冶金法、氟化揮發法等。揮發法等。 l溶劑萃取法的原理，是利用溶液種的硝酸鈾酰和硝酸钚溶劑萃取法的原理，是利用溶液種的硝酸鈾酰和硝酸钚很容易很容易“溶解溶解”于某些同水不相溶合的有機溶劑中，而于某些同水不相溶合的有機溶劑中，而

5、同時存在的裂變產物的硝酸鹽卻很不容易溶解，因而不同時存在的裂變產物的硝酸鹽卻很不容易溶解，因而不進入有機相而留在水相。令有機溶劑同燃料溶液互相逆進入有機相而留在水相。令有機溶劑同燃料溶液互相逆流并密切接觸，可將水溶液中的硝酸鈾酰和硝酸钚萃取流并密切接觸，可將水溶液中的硝酸鈾酰和硝酸钚萃取到有機溶劑中，而實現與裂變產物的分離。到有機溶劑中，而實現與裂變產物的分離。l用氟化揮發法可以避免溶劑萃取法的主要缺點用氟化揮發法可以避免溶劑萃取法的主要缺點工序工序繁多和產生大量高放射性廢液。它的原理是利用六氟化繁多和產生大量高放射性廢液。它的原理是利用六氟化鈾和六氟化钚很容易揮發，而大多數裂變產物的氟化物鈾

6、和六氟化钚很容易揮發，而大多數裂變產物的氟化物在中、低溫度下不易揮發，極少數易揮發的氟化物如在中、低溫度下不易揮發，極少數易揮發的氟化物如 ,等又不難同六氟化鈾相分離。等又不難同六氟化鈾相分離。9.7 放射性廢物處理放射性廢物處理 l世界上存在的各種物質無一不帶有放射性。放射性廢物世界上存在的各種物質無一不帶有放射性。放射性廢物是指含有放射性核素或被放射性核素污染，其放射性濃是指含有放射性核素或被放射性核素污染，其放射性濃度或放射性比活度超過國家規定限值的廢棄物。度或放射性比活度超過國家規定限值的廢棄物。 l放射性廢物可分為為氣體、液體和固體三類。放射性廢物可分為為氣體、液體和固體三類。l為使

7、放射性廢物變成適于往大氣、水體排放或作最終處為使放射性廢物變成適于往大氣、水體排放或作最終處置的狀態所實施的工藝過程稱為放射性廢物處理。置的狀態所實施的工藝過程稱為放射性廢物處理。l為使放射性核素在衰變到對人類無危害水平以前保持與為使放射性核素在衰變到對人類無危害水平以前保持與生物圈隔離所采取的措施稱為放射性廢物處置。生物圈隔離所采取的措施稱為放射性廢物處置。 放射性廢物固化放射性廢物固化l原則是，一切廢物在處理前必須轉化為某種穩定、牢固、惰原則是，一切廢物在處理前必須轉化為某種穩定、牢固、惰性的固體形態，以避免由于自然過程而可能造成的放射性核性的固體形態，以避免由于自然過程而可能造成的放射性

8、核素的遷移或彌散，從而實現與生物圈隔離的最終處置。素的遷移或彌散，從而實現與生物圈隔離的最終處置。l將廢液轉化為固體的工將廢液轉化為固體的工藝稱為固化，其中瀝青藝稱為固化，其中瀝青固化和水泥固化是當代固化和水泥固化是當代工業規模固化中等水平工業規模固化中等水平或低水平放射性廢液的或低水平放射性廢液的主要方法；玻璃固化是主要方法；玻璃固化是固化高水平放射性廢液固化高水平放射性廢液的常用方法；其他固化的常用方法；其他固化方法尚處于開發研究階方法尚處于開發研究階段。段。 9.8 放射性固體廢物的處置放射性固體廢物的處置l目標是，將經過預處理的放射性氣態或液體廢物，有目標是，將經過預處理的放射性氣態或液體廢物，有控制地向大氣或天然水體排放，使之稀釋至對人類環控制地向大氣或天然水體排放，使之稀釋至對人類環境無害的水平境無害的水平(接近本底值接近本底值)，凈化處理殘留物則轉化，凈化處理殘留物則轉化為固體另行處理。消除放射性固體廢物對人類環境危為固體另行處理。消除放射性固體廢物對人類環境危害的有效途徑是，將廢物與環境長期或永久地隔離，害的有效途徑是，將廢物與環境長期或永久地隔離，不再回取。不再回取。l各種地層處置方案須依賴能阻滯和延緩放射