高溫氣冷堆乏燃料元件的最終處置

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1、唐春和等:高溫氣冷堆乏燃料元件的最終處置①高溫氣冷堆乏燃料元件的最終處置②唐春和肖宏伶(清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計研究院北京100084)摘要用既安全又經(jīng)濟(jì)的辦法處理高溫氣冷堆乏燃料元件是高溫氣冷堆發(fā)展的重要課題。根據(jù)高溫氣冷堆乏燃料元件的特點(diǎn),分析了對乏燃料元件進(jìn)行后處理和直接最終處置的處理辦法。關(guān)鍵詞高溫氣冷堆,乏燃料元件,后處理,直接最終處置。于球床堆,平衡狀態(tài)下在堆芯中約有27000個燃料0引言元件。燃料元件為球型,由約8300個包覆燃料顆經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的不斷提高對粒彌散在石墨粉中壓制成的,直徑是60mm。包覆能源的需求迅速增長,核能是當(dāng)今一

2、項技術(shù)成熟、燃料顆粒是在UO2核芯表面依次化學(xué)氣相沉積疏可以大規(guī)模替換化石燃料的能源,其中高溫氣冷堆松熱解碳(PyC)層、高密度各向同性PyC層、是一種固有安全性好、能用于高效發(fā)電和高溫工藝SiC層和高密度各向同性PyC層制成的。燃料元件[1]供熱的先進(jìn)核反應(yīng)堆,它有望在下個世紀(jì)能得到推的結(jié)構(gòu)見圖1,主要參數(shù)列在表1中。清華大學(xué)廣應(yīng)用。核能技術(shù)設(shè)計研究院已研制成功高溫氣冷堆燃料元10MW高溫氣冷實(shí)驗堆屬于模塊式球床堆,件,并正在為10MW高溫氣冷堆生產(chǎn)這些元件。使用的核燃料為低富集度的鈾,制成的球型燃料元件在堆中多次通過后,平均燃耗深度達(dá)到-180000MW

3、d·T(U),核燃料循環(huán)過程中積累的裂變產(chǎn)物使乏燃料元件帶有很強(qiáng)的放射性。反應(yīng)堆滿功率運(yùn)行時平均每天卸出25個乏燃料元件,在10MW高溫氣冷實(shí)驗堆20年的設(shè)計壽期內(nèi),共卸出約9萬個乏燃料元件。如高溫氣冷堆能得到推廣,僅一個熱功率為200MW的高溫氣冷堆,每年圖110MW高溫氣冷實(shí)驗堆球形燃料元件卸出的乏燃料元件就有9萬多個。因此研究高溫氣連續(xù)裝卸料是球床高溫氣冷堆的重要特點(diǎn)。球冷堆乏燃料元件的安全、經(jīng)濟(jì)、合理的處理方案和形燃料元件從堆芯頂部裝入,在自重作用下按不同技術(shù)是高溫氣冷堆發(fā)展的一個重要課題。流線和速度從上向下流動,在堆芯的錐形底部通過高溫氣冷堆乏燃料

4、元件的處理方案主要有兩直徑為500mm的卸料管排出堆外,未達(dá)到設(shè)計燃種:一種是乏燃料元件經(jīng)過適當(dāng)?shù)馁A存后,進(jìn)行后耗值的元件通過提升器重新送入堆芯作再循環(huán),已處理,回收裂變材料和有用的裂變產(chǎn)物,對其它裂達(dá)到設(shè)計燃耗的元件送到乏燃料庫貯存。10MW變產(chǎn)物作為放射性廢物進(jìn)行處置;另一種是乏燃料高溫氣冷堆滿功率運(yùn)行時,每天將有25個乏燃料元件經(jīng)過適當(dāng)?shù)馁A存后,直接埋元件送到貯存庫。藏到深地層中。本文對這些處理經(jīng)過堆內(nèi)多次循環(huán),達(dá)到80000MWd·T-1方案進(jìn)行了分析。(U)的乏燃料元件除含有未燒盡的裂變材料外,1高溫氣冷堆燃料元件還含有大量的氣態(tài)和固態(tài)放射性裂變產(chǎn)

5、物,因而乏燃料元件具有很強(qiáng)的放射性。表2給出了10MW10MW高溫氣冷實(shí)驗堆屬高溫氣冷堆達(dá)到80000MWd·T-1(U)燃耗的燃①863計劃資助項目(8632614202202)。②男,1943年生,研究員,博導(dǎo);研究方向:核材料;聯(lián)系人。(收稿日期:1999209206)—83—高技術(shù)通訊2000161料元件的放射性活度和所含的主要放射性裂變產(chǎn)物[2]。表110MW高溫氣冷堆燃料元件主要參數(shù)235-3U富集度/%17SiC層密度/g·cm≥3.18UO2核芯直徑/mm0.5外致密PyC層厚度/μm40UO-3-32核芯密度/g·cm≥10.4外致密PyC

6、層密度/g·cm1.9包覆燃料顆粒直徑/mm0.91球形燃料元件直徑/mm60-3疏忪PyC層厚度/μm95球形燃料元件密度/g·cm≥1.70-3疏忪PyC密度/g·cm≤1.10球形燃料元件含U量/g5內(nèi)致密PyC層厚度/μm40球形燃料元件壓碎強(qiáng)度/kN≥18-3-1-1內(nèi)致密PyC層密度/g·cm1.9球形燃料元件導(dǎo)熱系數(shù)/W·mk≥25SiC厚度/μm35球形燃料元件的自由鈾含量≤3×10-4表2燃料球卸出后放射性活性(Bq)隨時間的變化(以2000個球計算)卸料后3H85Kr85mKr88Kr89Kr90Kr110mAg131I133I135I1

7、31mXe133Xe135Xe134Cs137Cs時間(T)05.07×10111.05×10131.72×10144.92×10146.85×10146.70×10134.37×10115.18×10141.08×10158.77×10145.14×10121.08×10154.18×10146.03×10139.10×10131min5.07×10111.05×10131.72×10144.88×10146.85×10146.70×10134.37×10115.18×10141.08×10158.77×10145.14×10121.08×10154.18

8、×10146.03×10139.10×10131h5