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6.3.2 DFRP设施
CORAL成功的示范了后处理流程和设施,之后设计和建造了快堆乏燃料后处理设施(DFRP),该设施主要的设计目的是对来自FBTR的碳化物乏燃料进行后处理,并证明处理来自PFBR的混合氧化物乏燃料的可行性。
该工厂是可拆解FBTR和PFBR乏燃料的前端设施,后续的设施将乏燃料切碎并将这两种类型的乏燃料溶解,溶解之后,溶剂萃取系统和铀钚分离系统可对这些溶液进行处理操作。
因为PFBR的燃料是氧化物类型(约有25%的钚),而FBTR是混合碳化物类型(约有70%的钚),需要对工艺进行适当的改动以适应加工的乏燃料类型。该工厂的运行反馈信息将有助于优化在帕坎建造的处理PFBR乏燃料的大型后处理厂的后处理系统。
6.3.3 快堆核燃料循环设施
一个名为快堆核燃料循环设施的一体化设施(FRFCF),包括了后处理、废物管理以及一个核燃料制造工厂在内,意味着实现了设计的PFBR核燃料循环的闭环,该商业化规模的一体化设施已经开始着手建造。
因为建议在同一地址再建造类似的快堆,FRFCF需要扩大规模以满足这些反应堆的需求。随后将在印度不同的地点建造快堆,这些反应堆设计预计将使用相同的金属核燃料。
7. 金属燃料的燃料后处理
如上所述,考虑使用金属燃料以提高易裂变材料的增殖,并得以快速获得额外的反应堆功率。为了充分利用金属燃料这一特性,须降低后处理的时间和用于非关键业务的时间。干法后处理方法因其结构紧凑、耐辐射效应、反应性控制效益等优点更适用于处理金属燃料。因此考虑使用干法后处理技术处理金属燃料。在卡尔帕卡姆(Kalpakkam)正在进行研发活动以发展所需的技术流程和设备,而最终被选中的处理技术将会为未来实施金属燃料反应堆进行中试规模的示范。
图9展示了提出的处理流程图。在处理流程中,钠结合的金属燃料棒首先被切碎,然后蒸馏除去结合的钠。切成段的燃料棒被装在吊篮中,作为电解精炼槽的阳极,以最初装在电解槽中含有4-6 wt%UCl3和PuCl3的LiCl-KCl共晶盐作为电解质,在773K温度下进行电解。在电精炼过程中,利用氯化物间的热力学稳定性差异将金属燃料、U和P与金属乏燃料中的裂变产物进行分离。金属乏燃料中的碱金属、碱土金属和稀土裂变产物金属阳极易被氧化,继而溶解到电解质熔盐中,由于以上金属的氯化物非常稳定,难以被还原,因此而留在电解质中。贵金属及钢镀层的Fe、Cr、等组分需要更高的阳极电势才能被氧化,因而留在阳极上。燃料组分U、Pu和次锕系镎、镅等的氯化物其热力学稳定性中等,因此可以被氧化形成氯化物,进入熔盐相中,也可以在阴极被还原,并以金属形式沉积在阴极。关于阴极,有两种选择:(a)固体棒;(b)液态镉。电精炼过程中,当使用固体棒作为阴极时会选择性沉淀U,使用液态镉时则可将U和Pu及MA共同沉积。
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