核燃料循環(huán)課件.ppt

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1、第八章核燃料循環(huán)核燃料反應(yīng)堆類型燃料循環(huán)核燃料后處理第八章核燃料循環(huán)核燃料含有易裂變核素，能夠在反應(yīng)堆內(nèi)實(shí)現(xiàn)自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)的物質(zhì)叫做核燃料。它主要由易裂變核素和可轉(zhuǎn)換核素兩種成分組成。易裂變核素(fissilenuclides)：是指能與慢中子作用而產(chǎn)生裂變的核素。通常又把含有一種或幾種易裂變核素并在適當(dāng)條件下能達(dá)到臨界的材料稱為易裂變材料。主要易裂變核素有235U、239Pu和233U，241Pu也具有良好的裂變性能?？赊D(zhuǎn)換核素：是指俘獲中子后能直接或間接地轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兒怂氐暮怂亍ＭǔＳ职押幸环N或幾種可轉(zhuǎn)換核素的材料稱為可轉(zhuǎn)換材料(fertilemate

2、rial)。主要的可轉(zhuǎn)換核素有238U和232Th，240Pu和234U也能起可轉(zhuǎn)換核素的作用?？赊D(zhuǎn)換核素本身雖不易為慢中子所分裂，但因它們能在吸收中子后轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兒怂?，所以天然?238U占99.274%)和天然釷(232Th)乃是最基礎(chǔ)的核燃料。天然鈾是目前最主要的核燃料來源，它既可直接用作生產(chǎn)堆和重水型動(dòng)力堆的燃料，也可通過同位素分離獲得用途更廣泛的濃縮鈾。第八章核燃料循環(huán)2.反應(yīng)堆類型分類的著眼點(diǎn)名稱和特點(diǎn)A．用途A1動(dòng)力堆，用于發(fā)電、供熱和作為推進(jìn)動(dòng)力A2生產(chǎn)堆，生產(chǎn)裂變?nèi)剂?39Pu和（或）3HA3研究試驗(yàn)堆A4特殊用途堆B．中子能量B1熱中子堆，

3、其中裂變反應(yīng)主要由熱中子（能量小于0.1eV）引起B(yǎng)2中能中子堆，其中裂變反應(yīng)主要由超熱中子（能量約為1-10keV）引起B(yǎng)3快中子堆，其中裂變反應(yīng)主要由快中子（能量超過0.1MeV）引起C．核燃料布置(限于熱中子堆和中能中子堆)C1均勻堆，其中核燃料和慢化劑均勻混合(如鈾混合物溶解或懸浮在慢化劑中，形成溶液、懸浮液或漿液；鈾與聚乙烯或氫化鋯彌散混合物)C2非均勻堆，其中固體或液體核燃料（如熔鹽）與慢化劑不相混合D．核燃料D1天然鈾（限于熱中子堆）D2低富集鈾，或鈾钚混合氧化物MOXD3高富集鈾，或钚-239D4钚-239+轉(zhuǎn)換原料鈾-238（鈾钚循環(huán)）D5鈾-

4、233+轉(zhuǎn)換原料釷-232（釷鈾循環(huán)）E．慢化劑E1石墨E2重水E3輕水或含氫物質(zhì)（輕水堆包括壓水堆和沸水堆）E4鈹或氧化物F．冷卻劑F1氣體（空氣、CO2、He、水蒸汽等）F2液體（水、重水、有機(jī)溶液）F3液態(tài)金屬（鈉、鈉鉀合金、鉛，鉛鉍合金等）G．核燃料轉(zhuǎn)換性能G1燃燒堆（無明顯的核燃料轉(zhuǎn)換）G2轉(zhuǎn)換堆（有顯著的核燃料轉(zhuǎn)換，但轉(zhuǎn)換比小于1）G3增殖堆（核燃料轉(zhuǎn)換比大于1）H．新堆型開發(fā)階段H1實(shí)驗(yàn)堆H2原型堆H3商業(yè)示范（驗(yàn)證）堆I．結(jié)構(gòu)型式I1重水堆，有壓力容器式和壓力管式之分I2鈉冷快堆，有池式與回路式之分I3高溫氣冷堆，有球床式與柱床式之分I4輕水型研

5、究試驗(yàn)堆，有游泳池式、水罐式與池內(nèi)罐式之分J．空間位置（除作為推進(jìn)動(dòng)力）J1陸上固定式J2陸上可移動(dòng)式或可拆裝式J3海上浮動(dòng)式J4海底或空間從應(yīng)用的角度看，可把反應(yīng)堆按用途分為動(dòng)力堆、生產(chǎn)堆、研究試驗(yàn)堆和特殊用途堆等四大類。動(dòng)力堆主要用于核能發(fā)電、供熱和作為推進(jìn)動(dòng)力。目前世界各國(guó)正在大力建造的各種類型的動(dòng)力反應(yīng)堆。生產(chǎn)堆主要用于生產(chǎn)易裂變材料239Pu和/或產(chǎn)氚3H。在上世紀(jì)50-60年代，美、蘇等國(guó)為生產(chǎn)軍用钚，曾大批建造這種類型的反應(yīng)堆，但到了70年代末期，軍用钚的儲(chǔ)量已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，因此這些國(guó)家也不再發(fā)展這類反應(yīng)堆了。研究試驗(yàn)堆主要用作強(qiáng)中子源和從事物理、

6、材料及生物等方面的試驗(yàn)研究工作；也可為反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)或兼用于生產(chǎn)放射性核素。不同用途的反應(yīng)堆對(duì)工藝參數(shù)的要求大不一樣，如研究試驗(yàn)堆主要要求有較高的中子通量；生產(chǎn)堆最重要的是有大的轉(zhuǎn)換比；而動(dòng)力堆則要求有較高的熱功率和燃料輻照深度。由此進(jìn)而對(duì)反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)和燃料體系提出了不同的要求。如對(duì)生產(chǎn)堆而言，堆結(jié)構(gòu)和燃料體系的選擇應(yīng)盡可能滿足提高轉(zhuǎn)換比的需要，因而世界各國(guó)普遍采用天然鈾石墨反應(yīng)堆來進(jìn)行钚的生產(chǎn)；但對(duì)于動(dòng)力堆，為了加深燃耗和增大功率，目前各國(guó)采用以低濃鈾為燃料的輕水堆（包括壓水堆和沸水堆）。按燃料布置型式分類的反應(yīng)堆從核燃料后處理的角度看，按堆芯燃料布置

7、型式，把反應(yīng)堆劃分為均勻和非均勻兩大類更有實(shí)際意義。對(duì)此兩種類型反應(yīng)堆的輻照材料有完全不同的后處理方式。對(duì)均勻堆而言，多為流體性燃料，一般可采用連續(xù)后處理方式，進(jìn)而大大簡(jiǎn)化了處理流程。而對(duì)非均勻堆，燃料通常以固體燃料元件方式裝卸，只能是分批進(jìn)行后處理。由于多方面的原因，目前廣泛使用和建造的反應(yīng)堆多數(shù)仍屬非均勻堆，均勻堆還只是處于試驗(yàn)階段。核燃料循環(huán)核燃料進(jìn)入反應(yīng)堆前的制備和在反應(yīng)堆中燃燒及以后的處理的整個(gè)過程稱為核燃料循環(huán)。這個(gè)過程包括：鈾（釷）資源開發(fā)、礦石加工冶煉、鈾同位素分離和燃料加工制造，燃料在反應(yīng)堆中使用，乏燃料后處理和核廢物處理、處置等三大部分。也有

8、一些國(guó)家考慮對(duì)乏燃料不進(jìn)