登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
如何奋起直追,实现后处理技术的长足进步,已成核工业的当务之急。
多国差异化布局核燃料循环
社会主义建设进入到新时代,核工业发展与建设亦是如此。
鉴于核工业体系的庞大与复杂,笔者先结合自身在核工业几十年的工作经历,概述一下核工业。
“核工业”,又称原子能工业,泛指涉及核材料与核燃料研究生产加工、核能开发利用、核武器研制生产、放射性同位素研制生产和开发利用等庞大的、复杂的综合性工业部门。从科学上讲,核工业是利用自然资源,通过核反应促使原子核内部结构发生变化使核素发生转化,同时释放出巨大的、可控的能量并加以利用的高科技战略产业。
其主要任务两个方面:一是核能的和平利用,包含核材料、核燃料、放射性同位素的研究、生产、加工、应用等全过程;核反应堆与核动力装置的研究、设计、建造、运行;核能生产(发电和供热等)等。二是核武器(原子弹、氢弹、中子弹等)与军用核动力的研发,除核材料、核燃料、放射性同位素等与核能和平利用的生产原理相同外,核武器与军用核动力的研究、设计、建造、使用等都属于核工业的范畴。
核工业在一个国家的国防和经济社会发展中具有十分重要的地位和作用。核工业体系涉及的专业领域,包括:资源的地质勘探;资源的开采;材料的冶炼和精制;同位素的分离;燃料元件的制造;反应堆的设计建造运行;乏燃料的处理;放射性废物的处理处置;放射性同位素生产;核武器研制;核仪器设备制造;核设施的建筑安装;核设施的退役;贯穿整个核过程的辐射防护技术;核保障技术等。
这里单独说说核燃料循环,核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分,所谓核燃料循环是指核燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。核燃料循环通常分成两大部分,核燃料循环前端和核燃料循环后端,核燃料循环前端包括铀矿开采、矿石加工(选矿、浸出、沉淀等多种工序)、铀的提取、精制、转换、浓缩、燃料元件制造等,而核燃料循环后端包括对反应堆辐照以后的乏燃料元件进行铀钚分离的处理以及对放射性废物处理、贮存和处置等。
目前世界上不同的国家根据各自国情选择适合自己的核燃料循环策略,主要有三种方式:第一种,瑞典、加拿大和西班牙等选择了核燃料“一次循环通过”方式。
第二种,采取核燃料闭式循环方式。代表国家主要有法国、英国、俄罗斯、日本、印度和中国等(美国也于2006年正式宣布采用闭式燃料循环方式)。这种方式是即对乏燃料进行化学处理(或称后处理,以区别于核燃料在进入反应堆前的化学处理过程),从中回收总量占96%左右的铀和1%左右的钚,并通过再循环加以充分利用。而只占总量3%左右的长寿命裂变产物和次锕系核素(镎、镅、锔等)才作为高放废物经玻璃固化后作最终地质处置。当然,随着科学技术的进步,未来或将可以通过嬗变技术把那些在后处理过程中分离出来的锝(99Tc)、碘(129I)等裂变产物和次锕系核素“焚毁”,使之转变为短寿命或稳定的核素,从而大大减少或消除放射性对环境的危害,使核能利用更加清洁。
此外,仍有不少国家尚未确定核燃料循环的技术路线,对反应堆乏燃料采取暂时储存的做法,然后根据国际形势的变化再做决策。例如,主要核电大国之一韩国因美国不允许其搞后处理,不得不开发DUPIC(Direct Use of PWR Spent Fuel In CANDU Reactor)过程,该过程采用干法技术,将压水堆(PWR)乏燃料经过高温处理去除其中的挥发性裂变产物之后,重新制成燃料,供CANDU堆使用,这也属于闭式核燃料循环方式。
总之,全世界主要的核电国家均走核燃料闭式循环之路,这也符合国际形势需求。举例来讲:通常,一盒新的轻水堆燃料元件含铀总量为500kg,其中铀235占3%~5%左右,剩余则全为铀238。在反应堆内运行3年之后,新燃料元件变为乏燃料元件,但该盒元件内含铀量仍有475~480kg(占95%~96%,其中铀235为1%,铀238为95%),钚占5kg(1%),而其他放射性裂变产物仅占15~20kg(3%~4%)。对乏燃料元件进行后处理,可以大大提高核燃料资源的利用效率,经后处理后提炼出来的铀和钚可以重新加工成新燃料元件,供核电机组使用。与此同时,对乏燃料进行后处理还能显著减少放射性物质的体积和毒性。1t乏燃料元件,如果不经后处理而直接进行处置存放的话,相当于要储存体积为2m3的高放废物。而形成鲜明对照的是,如果进行后处理,则同样重量的乏燃料最终需要处置存放的放射性废物体积将降至0.5m3以下,同时放射性活性还将有所降低和减弱。因此,选择对乏燃料元件进行后处理,其经济价值和环境价值无疑是十分显著的。核燃料“一次通过”循环是最为简单,在铀价较低的情况下也较为经济,但是近年来国际铀价一路飙升,闭式循环不仅可以大大提高铀资源的利用率,而且也比较经济,更符合核能的长期持续发展战略。当然,对于一些核电规模较小的国家,没有必要在其国内进行燃料再循环,可以通过国际合作的方式实现核燃料再循环。图1为核燃料循环示意图,图1左边以轻水反应堆(LWR)为例(重水反应堆过程类似),采用湿法后处理过程;右边以快堆(FR)和加速器驱动次临界洁净系统(ADS)为例说明核燃料循环过程,采用干法后处理过程。
乏燃料后处理厂应提上日程
所谓的“乏燃料后处理”是指在核燃料循环中经过辐照过的燃料元件从堆内卸出时,不管是否达到设计的燃耗深度,总是含有一定量裂变燃料(包括未分裂和新生的),回收这些宝贵的裂变燃料(U235,U233和Pu)以便再制造成新的燃料元件或用做核武器装料的过程,分为干法后处理和湿法后处理两种。
乏燃料后处理过程十分复杂,这是因为乏燃料的放射性很强,有些核素的毒性又大,有发生临界事故的危险等,要求整个后处理过程必须在屏蔽和密闭的条件下远距离操作运行,这就给后处埋过程带来很大的难度。不过,历经多年的发展,乏燃料后处理技术目前已经比较成熟。
后处理技术的研发始于20世纪40年代,首先是为军用服务的,即从低燃耗的生产堆乏燃料中提取军用钚,后来后处理的对象转向动力堆(首先是核电站)的乏燃料以及各类研究堆的少量乏燃料。70年代以来,后处理技术取得了长足的进步。法、英、俄、日等国一直在运行着大型的商业性后处理工厂,这些工厂的工艺、技术、安全、管理、经济性等各方面都是成功的,已经积累了十分丰富和宝贵的运行经验。
商用的湿法后处理厂过程包括乏燃料的运输和贮存、剪切与溶解、溶剂萃取分离、纯化易裂变材料钚、铀、镎,工厂的主体设备、监测与控制、射线防护与临界安全、三废治理,以及工厂设施的去污与维修等过程。一般湿法后处理工艺可分下列几个步骤(1)冷却与首端处理:冷却将乏燃料组件解体,脱除元件包壳,溶解燃料芯块等。(2)化学分离:即净化与去污过程,将裂变产物从铀-钚中清除出去,然后用溶剂萃取法将铀-钚分离并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来。(3)通过化学转化还原出铀和钚。(4)通过净化分别制成金属铀(或二氧化铀)及钚(或二氧化钚)。图2给出了湿法后处理工艺示意图。乏燃料后处理产生的钚产品可以采用制成铀钚混合物(MOX)燃料,主要在热堆中使用,也在快堆中使用(如俄罗斯和法国)。法国在后处理和MOX燃料使用方面较有代表性,法国一直选择核燃料闭式循环的技术路线,积极发展后处理再循环能力。法国后处理厂每年处理国内乏燃料850t,产生的约8.5t分离钚随即制成l00 t MOX燃料,进行再循环。
乏燃料后处理一直是人们关注的与核能、环境和安全密切相关的焦点问题之一。现在全世界每年产生的乏燃料数量超过1万t重金属,其中大部分贮存在水池或干式贮存设施中,除此之外历史积存的核电站乏燃料约有20万t(湿法储存192070t,干法储存8070t),因此,在核能的发展中乏燃料的处理是一个亟需解决的问题。目前,全世界的商用乏燃料年后处理能力仅为5675 t(其中英国2400 t/a,法国1700t/a,日本900 t/a,俄罗斯400 t/a,印度275 t/a),只约占每年卸出乏燃料的1/3左右。
进入新世纪以来,国家扶持核电的大力发展。这样必然会引起乏燃料后处理产业的发展。早在1983年我国就制定出符合我们自己国情的核燃料闭合循环战略方针。这是符合当今的国际核能发展形势,因为全世界已经探明的铀资源将在不到一百年之内就会枯竭,如果实现全部的乏燃料后处理,提取出有用的核素继续实现核燃料循环,那么探明的铀资源将会延长利用3000年,从而实现了核裂变能利用的可持续发展。
我国的乏燃料核燃料后处理的科研工作起源于1956年,是在前苏联援助下从沉淀法起步开始的。1964年第二机械工业部(后称核工业部,延续为中国核工业总公司、中国核工业集团公司、中国核工业集团有限公司)决定抛弃沉淀法流程,改用先进的萃取法工艺;从1965年1月起,先后组织两批(共81人次)技术攻关突击队,进行萃取法热铀(即经辐照过的铀)处理小型试验;1968年9月,我国生产堆乏燃料后处理中间规模试验厂建成并投入运行;1970年4月,我国首座大型生产堆乏燃料后处理厂建成并投入运行;随后对工艺流程进行了改进,1975年还对燃耗较深的研究试验堆乏燃料元件进行了后处理,并开展了从高放废液中提取裂变产物和次锕系元素的研究工作,其分离工艺技术水平与当时的国际水平相当;从上世纪80年代以后,特别军用后处理厂的停产,我国对后处理技术研究开发的投入严重不足,后处理技术成为核能发展中薄弱环节;后用于动力堆燃料后处理的后处理中试厂的建设进度拖期,直到2010年4月份开始进行5%热调试,调试过程中出现了一些问题,后逐步进行50%和100%的热调试,现在基本流程已经打通。
应看到,目前我国在后处理工艺设备、自动控制、远距离维修等方面与国际先进水平相差愈来愈远,而我国的核电事业正在稳步、健康地发展中,因此建设一座与之配套的、年处理能力为上千吨乏燃料的后处理厂尤为必要。在笔者看来,如何奋起直追,实现后处理技术的长足进步,已成核工业的当务之急。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
近日,我国首台百吨级快堆乏燃料运输容器取得设计许可批准,标志着我国完全掌握了大型快堆用乏燃料运输容器的全部关键技术,打破了该类型运输容器长期依赖进口的局面,实现了我国具有自主知识产权的快堆乏燃料运输容器从无到有,再到创新性、产业化、型谱化的突破,为我国快堆发展打下坚实的基础。百吨
【据莫尔泰克斯能源公司网站2023年10月30日报道】2023年10月30日,莫尔泰克斯能源加拿大分公司(MoltexEnergyCanada)宣布乏燃料循环计划取得重要进展:已在实验室中证明了将乏燃料转化为稳定盐(WATSS)的技术可行性。这一可行性实验研究使用由二氧化铀和氧化铈制成的模拟燃料。该公司即将进入下一阶
今年稍早些时候,中法两国签署《中华人民共和国和法兰西共和国联合声明》,其中提到“两国支持双方企业研究在核废料后处理等问题上加强工业和技术合作的可能性”。此后,乏燃料后处理问题又一次引起行业热议。乏燃料是在核反应堆中经受过辐射照射、达到预期燃耗的核燃料,通常由核电厂或研究型核反应堆
据CNBC报道,美国每年产生约2000吨核废料,加上已经产生的累计约86,000吨。处理核废料是降低其放射性的一种方法,但世界上每年只有处理2400吨乏燃料的容量,其中大部分在法国(1,700吨)和俄罗斯(400吨)。传统核电反应堆产生的乏燃料只使用了4%的潜在能源价值,但有足够的辐射在大约一百万年内伤害人
(来源:微信公众号“中国能源研究会核能专委会”编译自国际核工程)2022年5月31日,亚美尼亚核电厂负责人表示,该电厂正准备新建一座中低放固废贮存设施。该项目拟于2022年底前确定供应商并签署建设合同。负责人介绍称,目前有几种技术可以用于处置放射性废物,包括玻璃固化和沥青固化,均可在亚美尼
(来源:微信公众号“中国能源研究会核能专委会”编译自世界核新闻网)2022年5月底,芬兰SkanskaTalonrakennus公司完成奥尔基洛托(Olkiluoto)乏燃料封装厂完成土建工作,目前,该公司已将厂房移交给芬兰废物管理公司Posiva,开始进入下一阶段的设备安装工作。2018年11月,Posiva与Skanska签署乏燃料
芬兰辐射与核安全局(STUK)已开始审查Posiva公司乏燃料处置设施运行许可证申请。放射性废物管理公司Posiva于2021年12月30日向芬兰经济事务和就业部提交相关申请。信息显示,该项目位于奥尔基洛托(Olkiluoto)厂址,计划于2025年前后投运。Posiva申请的运行许可证有效期为2024年3月~2070年底。STUK表
近日,乌克兰国有核电运营商Energoatom公司宣布,该公司已获得乌克兰国家原子能监管局签发的切尔诺贝利核电厂附近集中式乏燃料贮存设施(CSFSF)运行许可证。2005年,Energoatom与美国HoltecInternational公司签署CSFSF承包协议,但直至2017年项目才开工。该项目是VVER机组乏燃料的首个综合型临时贮存
受当地时间16日发生的强震影响,日本福岛第一核电站2号机组乏燃料池冷却系统停止,池子里有615根燃料棒。不过东电表示,目前水温没有上升到运行管理极限的65摄氏度。17日凌晨0时10分左右,手动关闭了水泵和阀门。此外,1号核电站5号机组和2号核电站的1号、3号机组乏燃料池也都一度停止运转,但截至当地
俄罗斯核燃料产供集团(TVEL)2022年1月11日宣布,西伯利亚化学联合体(SCC)和俄罗斯圣彼得堡原子能设计院(Atomenergoproekt)签署了乏燃料后处理模块设计合同。根据合同,原子能设计院将负责后处理模块设计,然后将主设计文件提交给俄罗斯国家专家评审委员会(Glavgosexpertiza)进行评审。此后,该
经合组织核能机构2021年10月5日发布报告《乏燃料和放射性废物的国家库存和管理战略:最终方法论》(下文简称报告)。报告就乏燃料与放射性废物的库存和管理方法的展示提出了一种通用方法论,目的在于通过该方法论对各国的库存和管理方法进行比较,同时建立全球库存数据库,这将有助于各国优化其乏燃料和放射性废物的库存和管理战略。
北极星电力网整理了31个地方2024年3月的发电量数据,包括火电、水电、核电、风电、光伏。详情如下:1、北京市2024年3月,北京市总发电量36.3亿千瓦时,同比增长-3%;其中,火电发电量35亿千瓦时,同比增长-2.9%;水力发电量1亿千瓦时,同比增长-4.6%;风力发电量0.1亿千瓦时,同比增长-21.7%;太阳能发
4月15日,中核集团召开2024年一季度经济运行分析会,统筹谋划高质量稳增长工作,深入研讨集团公司当前内外部形势环境,推进各项任务年度目标实现。中核集团党组成员、副总经理马文军主持会议,并做总结发言。中核集团党组成员、副总经理申彦锋,党组成员、总会计师王学军,党组成员、副总经理辛锋出席
北极星电力网获悉,4月16日,中国核建发布经营情况简报,截至2024年3月,公司累计实现新签合同414.55亿元,累计实现营业收入289.59亿元。
近日,中核集团海南核电与核动力院联合研发的“次临界刻棒技术”国内首次工程应用圆满完成。这标志着我国成功掌握“次临界刻棒技术”,并成功实现工程应用。其规避了机组大修启动物理试验的非计划停堆风险,同时节约了大修关键路径时间,具有广阔的推广前景。如果把反应堆看作一台高速行驶的列车,那控
“根据WANO年度运行安全业绩指标统计,近五年来,我国核电厂具备统计WANO综合指数的核电机组中,综合指数为满分的机组占我国运行核电机组总数的65%,占世界满分机组总数超过40%,核电运行安全总体水平持续位居国际先进行列。”4月15日,在国际原子能机构(IAEA)主办、中国国家原子能机构指导、中国核
4月15日,在国际原子能机构(IAEA)主办、中国国家原子能机构指导、中国核能行业协会承办的国际原子能机构核电厂运行安全国际大会上,协会副理事长兼秘书长张廷克出席开幕仪式并致辞。他强调,确保核电运行安全是实现全球核能可持续发展的重要前提。为此,他提出了中国核能行业协会全面推动核电运行安
4月15日,在国际原子能机构(IAEA)主办、中国国家原子能机构指导、中国核能行业协会承办的国际原子能机构核电厂运行安全国际大会上,生态环境部副部长、国家核安全局局长董保同表示,“核能的新发展必须建立在高水平核安全的基础上。我们必须牢牢树立安全第一的理念,时刻以如履薄冰的心态,始终保持
“中国坚持理性、协调、并进的核安全观,将确保核安全融入核能开发利用全过程,建立了完备、科学有效的核安全治理体系。”4月15日,在国际原子能机构(IAEA)主办、中国国家原子能机构指导、中国核能行业协会承办的国际原子能机构核电厂运行安全国际大会上,工业和信息化部副部长、中国国家原子能机构
由中国核能行业协会联合中核战略规划研究总院、中智科学技术评价研究中心共同主编的《中国核能发展报告2024》蓝皮书4月15日在京发布。蓝皮书显示,2023年,中国新开工核电机组5台,核电工程建设投资完成额949亿元,创近5年最高水平。截至2023年底,在建核电机组26台,总装机容量3030万千瓦,均保持世界
“核能是低碳能源,全生命周期碳排放仅约12克/千瓦时,同时具有装机容量大,运行稳定可靠、换料周期长等特点,具备较强的频率和电压调节能力,能够为经济社会发展提供充足的电力保障。”4月15日,在中国核能行业协会举办的2024春季核能可持续发展国际论坛上,中国工程院院士、国家电网有限公司顾问、中
4月15日,在中国核能行业协会举办的2024春季核能可持续发展国际论坛上,中国工程院院士、国家电网有限公司顾问、中国核能行业协会专家委特邀顾问舒印彪表示,“核电在新型电力系统构建不同阶段都是清洁电力的重要来源,新型电力系统安全稳定运行需要核电提供坚强支撑。”在碳达峰阶段(目前~2030年)
近日,俄罗斯国家原子能集团公司(Rosatom)、法国原子能与替代能源委员会(CEA)和法国电力集团(EDF)签署了一份在民用核电领域开展长期研发合作的联合意向声明。
国家核安全局发布关于发布核安全导则《核燃料循环前段设施安全分析报告标准格式与内容》(HAD301/01-2021)的通知。
近日,英国国家核实验室(NNL)发布《燃料净零:清洁能源未来的先进燃料循环路线图》(FuellingNetZero:AdvancedFuelCycleRoadmapsforaCleanEnergyFuture)称,英国必须开发先进核燃料及燃料循环技术,才能实现清洁能源目标。该报告重点介绍了需在政策研究、基础设施建设和国际合作领域开展的战略规划、行业合作和政府支持工作等,这将有助于英国决策者及核工业规划未来核能发展方向。
加拿大安大略发电局的加拿大核能可持续中心和英国Moltex能源公司将开展合作,示范循环利用坎杜堆乏燃料的技术可行性项目。安大略发电局将为该项目提供80万美元的资金,支持发展下一代清洁核能技术。
法国法马通公司生产的增强型耐事故核燃料组件已在美国核电站首次完成了为期18个月燃料循环示范。法马通公司用新概念设计了燃料芯块和包壳。法马通公司表示,2020年8月,技术人员在核电站换料大修期间拆除了这4个用于测试的核燃料组件,此次示范达到了预期效果,并显示了这种燃料的优异性能。该公司计划
据共同通信社10月21日报道,当日,日本政府和青森县政府在日本首相官邸召开会议,讨论了当前的核燃料循环政策。日本内阁政府秘书长加藤胜信在此次会晤时重申,新首相菅义伟领导的内阁政府将继续实行核燃料循环政策,包括从乏燃料中提取钚,即便是国际社会对日本的钚储量表示关注和担忧。加藤秘书长指出
12月13日,中法核燃料循环后端双边高级别委员会第五次会议在京召开,中国国家原子能机构主任张克俭与法国原子能与替代能源委员会主席弗朗索瓦·雅克共同主持会议。双方审议了中法核燃料循环后端领域合作进展,并讨论了后续工作。中国国家原子能机构副主任张建华,中国核工业集团有限公司、中国广核集团
生态环境部(国家核安全局)近日发布了《核动力厂、研究堆、核燃料循环设施安全许可程序规定》(生态环境部令第8号),于2019年10月1日起施行。为使社会各界深入了解《核动力厂、研究堆、核燃料循环设施安全许可程序规定》(以下简称规定)的编制背景、原则和内容等,生态环境部核电安全监管司有关负责
生态环境部近日发布核动力厂、研究堆、核燃料循环设施安全许可程序规定,部令第8号,详情如下:核动力厂、研究堆、核燃料循环设施安全许可程序规定《核动力厂、研究堆、核燃料循环设施安全许可程序规定》已于2019年7月11日由生态环境部部务会议审议通过,现予公布,自2019年10月1日起施行。1993年12月3
“2019年是新中核实施新时代发展战略的第一年。要把握‘两核’重组的契机,加大我国核工业资源整合力度,促进核工业军民融合深度发展,打造具有完整产业链的核科技工业体系。”今年“两会”,全国人大代表、中核四〇四有限公司总经理朱纪带来了4条建议,着重聚焦补齐核燃料循环体系短板,提升核工业全
近日,生态环境部发布了关于征求《核动力厂、研究堆、核燃料循环设施安全许可程序规定(征求意见稿)》意见的函,涉及:核电厂、核热电厂、核供汽供热厂等核动力厂及装置等,其中规定了申请与受理的条件、所需材料等,详情如下:关于征求《核动力厂、研究堆、核燃料循环设施安全许可程序规定(征求意见
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!