1、核燃料循环复习资料1-2 核燃料后处理的任务及其产品形式是什么？后处理厂的产品形式，取决于乏燃料中易裂变核素的种类和数量、还取决于产品的用途。钚是后处理厂最主要的产品。1-3 核燃料后处理厂的特点（书 P12）1-4 核燃料后处理工艺的发展简史给你什么启发？（P14）1-5 简述轻水堆铀燃料循环的主要工艺流程2-3 理解并会应用描述磷酸三丁酯萃取铀钚效果的三个概念：分配系数、分离系数、净化系数。 （会计算） 分配系数 ：某物质在互不相溶的两相间达到萃取平衡时，它在有机相和水相中浓度的比值。aCO某物质在有机相中的平衡浓度O某物质在水相中的平衡浓度aC分配系数越大，平衡时，该物质进入有机相的量越
2、多，而在水相中的量越少。 分离系数 铀钚彼此间的分离效果铀中去钚的分离系数 Pu/U：钚中去铀的分离系数 U/Pu： 净化系数 DF用于表示铀、钚中对裂片元素的去除程度。2-4 理解、记忆影响磷酸三丁酯萃取铀钚的因素答：影响 TBP 萃取铀的因素：水相中 UO2(NO3)2 浓度；有机相铀饱和度；硝酸浓度；TBP 浓度；共存的络合剂；温度 影响 TBP 萃取钚的因素：硝酸浓度；TBP 中的铀饱和度；TBP 浓度；温度；TBP 降解产物的影响2-5 磷酸三丁酯对裂变元素的萃取性能。P522-6 有机溶剂的降解产物及其对萃取工艺的影响(PPT)降解产物：磷酸二丁酯、磷酸一丁酯、磷酸、其它。磷酸二丁
3、酯产额最高。降解产物对萃取工艺的影响：1）形成 DBPTBP 萃取络合物，增大有机相粘度。2）钚的萃取物很难反萃，降低了钚回收率。3）增加界面乳化，增加分离难度。3-1 简述不同类型反应堆乏燃料元件对后处理工艺的影响（轻水堆+快中子堆,见 P70）1.轻水堆乏燃料 后处理重点研究领域2.重水堆乏燃料 铀-235、钚的含量较低，后处理在经济上部值得。可回收氚。3.高温气冷堆 燃耗深，后处理困难，处于研究阶段。4.快中子堆 后处理技术难度大，目前只有英、法建成了公斤级后处理装置。5.MOX 燃料 原则上可在轻水堆乏燃料后处理厂进行，但需控制燃料中钚的含量。3-2 核燃料后处理工艺原理流程框图（注：
4、常老师说了不要跟书本一模一样）PUREX 流程的主要工艺步骤见书 P743-4 乏燃料元件运输中要考虑哪些问题？答：考虑的问题有： 首先要考虑运输方案。可用汽车、火车或者轮船运输乏燃料元件，如果核电站（或乏燃料中间贮存库）与后处理厂均有铁路专线及相应的运输设备，则铁路运输成为首选方案。 因为铁路的运费比汽车低，而且一列军用列车可运输额定功率为 1GW 的核电站一年卸出的核燃料。海上运输主要受后处理厂和核电站在地里分布上的制约。 由于运输乏燃料沿途可能要经过居民区，因此，确保运输安全是头等大事。不但要确保货包在正常状态下完好无损，而且在发生事故的条件下，仍要确保不泄漏反射性物质。运输容器是发燃料
5、元件的关键设备，它具有安全性要求高、结构复杂、质量大的特点。容器壳体的选材，要考虑结构材料、屏蔽材料和中子屏蔽材料。 3-5 简述快中子增殖堆乏燃料后处理的基本步骤（框图见书 P79）3-5-1 简述热中子增殖堆乏燃料后处理的基本步骤热中子堆乏燃料后处理工艺原理流程由从进料准备水池提升燃料组件、元件切断-浸取首端处理，铀钚共萃取共去污-分离循环，钚的净化与尾端处理，铀的净化与尾端处理等部分组成。3-6 乏燃料组件放置（冷却）贮存的目的是什么？4-1 水法核燃料后处理工艺的首段处理包括那些步骤？（P83）答：预先将燃料包壳除去，然后必须将燃料组件解体、燃料溶解，最后调试制成符合工艺流程要求的原料
6、液。4-2 乏燃料元件的脱壳方法有哪几种？简述各种优缺点及其实用性(ppt)答：脱壳方法主要有：化学去壳发、机械去壳法、包壳和芯体同时溶解法及机械化学去壳法四大类。 化学去壳法：优点：设备及操作简单，成本低； 缺点：溶解速度慢且不稳定腐蚀严重、燃料芯体部分损失，产生了大量高盐分的高放射性废液。 实用性：曾用于生产堆燃料原件的去壳，主要用于铝燃料原件的包壳脱除。 机械去壳法：优点：不增加废液量，有利于后续萃取分离； 缺点：机械设备复杂，成本高；易造成芯体损失； 实用性：现阶段倾向于使用这种方法。 包壳和芯体同时溶解法：优点：适用于多种不同燃料原件处理；芯体不会损失； 缺点：增加放射性废液；对设备
7、腐蚀大； 实用性：现阶段较少使用。 机械化学去壳法： 优点：不产生放射性废液；不会造成芯体燃料损失；剪切机结构简单；成本低； 缺点：切割设备依旧复杂且需要遥控操作。 实用性：使用于处理包壳材料不溶于硝酸的燃料原件，用于处理锆及其合金包壳、不锈钢包壳的氧化物燃料元件的去壳，是动力堆乏燃料元件代表性方法。 4-4 1AF 料液制备中要考虑那些问题?(P97)答：为了保证共去污萃取设备的联系运行，达到规定的铀钚净化系数及分离系数必须进行澄清处理并按照第一萃取循环的工艺条件调制料液。 因此要考虑乏燃料溶解液中含有的一些由难溶组分形成的沉淀、悬浮物及胶体、溶解条件也有关以及悬浮物的组成合燃料及形态。 铀
8、钚共萃取料液的制备包括：1) 乏燃料溶解液的预处理，除去溶解液中的固体颗粒； 2) 调整酸度以满足高酸流程（硝酸浓度2mol/L ）或低酸流程（硝酸浓度为 0.5mol/L 左右）的要求 3) 调整铀浓度 。对天然铀， 1AF 中铀浓度为 1.51.8mol/L，对 U235 富集度较高的燃料，因受临界安全限制，1AF 中铀浓度较低4) 调整钚的价态，以使铀钚分别处于易于被 TBP 萃取的 U（VI ）和 Pu（IV ） 。 4-5 试比较生产堆、动力堆和其他堆型乏燃料首端处理的特点和工艺要求动力堆： 燃料组件有多种形式，尺寸差别较大，但共同点是燃料 UO2 填充在金属或合金管内。由于切断后用
9、硝酸浸取、溶解 UO2 芯片，因此在切断操作中有下列要求：1）切除端头，使金属材料尽可能少得进入溶解池。2）切成 30-50mm 的小段。3 ）每一小段的两端不密闭 4）剪切室维持负压，防止放射性气体与粉尘溢出。动力堆乏燃料组件因燃耗较深，其大型组件的总放射性活度水平可达 8.57109MBq，且对剪切热室的 粒子密封要求严格。在溶芯时仅有极微量的裂变产物未被溶解。溶芯时大部分挥发性的裂变产物惰性气体被排入溶解尾气。只有 131I 比较特殊，当硝酸浓度比较高时，已挥发的碘大部分又在冷凝器中回流，有一部分进入溶解尾气，需要在尾气系统进行处理。溶解后，需进行料液调制，即用稀硝酸调节料液的铀浓度，用
10、浓硝酸调节料液的硝酸浓度，有时还需要调节钚镎的价态，以满足后续工序对料液的要求。动力堆燃料元件中带入的硅量不明显，故仅需在过滤上予以重视，不必进行絮凝处理。生产堆：溶芯时，燃耗较低、冷却时间较长， 131I 基本衰变掉了，不需要在尾气系统进行处理；元件溶芯产品液中存在有亚硝酸，故在供料前料液调制过程中不进行调价也能满足随后溶剂萃取工艺对铀钚价态的要求；生产堆燃料元件中黏结剂带入的硅量较多，因此进入萃取设备前的絮凝操作是非常必要的。研究试验堆和材料试验堆的乏燃料元件待处理量不大，但燃料元件的形状很复杂；或者芯体材料在硝酸中难溶解；或者在处理高富集铀燃料元件时，为确保高富集铀燃料芯体在机械脱壳时无
11、夹带损失，最好同时溶解包壳和芯体。5-2 理解、记忆铀钚共去污-分离工艺(P101)答：铀钚共去污分离循环包括铀钚共萃取共去污、铀钚分离、铀的反萃三个单元操作。其中萃取净化过程包括萃取、洗涤、反萃三个单元操作。 PS：所对应的框图是在课本 P102，大家自己画。5-3 简述几种还原钚（IV）实现铀钚分离的方法，针对这些方法的优缺点，你能提出什么新创意？（P115） Fe2+还原钚（IV） ，实现铀钚分离氨基磺酸亚铁硝酸亚铁-肼 铀（IV ）还原钚（ IV） ，实现铀钚分离 硝酸羟氨还原钚（IV） 电解还原钚（IV） （P123）6-1 简述钚净化循环步骤及主要任务（P126，框图在P125）答：实现铀钚分离原理是：选择合适的还原反萃剂，将钚由 Pu（IV）还原到不被 TBP 萃取的 Pu（III ） ，使钚从有机相转入水相，而铀仍以铀（VI ）保留在有机相中，从而实现铀与钚的分离。 流程图见 P126钚净化循环的任务是进一步去除共去污分离循环钚产品液及钚的第二萃取循环的钚产品液中的铀和裂片元素，同时将钚溶液浓缩。
