什么是后處理活動

【專家解說】：核燃料后處理技術(shù)的發(fā)展 -------------------------------------------------------------------------------- 時間:2006年07月26日 字體:大 中 小 中國原子能科學(xué)研究院 歐陽應(yīng)根 核燃料主要由可裂變材料和可轉(zhuǎn)換材料組成。反應(yīng)堆中“燒(即裂變)”的是可裂變材料?？闪炎儾牧狭炎冞^程中主要產(chǎn)生三個效應(yīng):(1)釋放大量的熱量，即核能。(2)產(chǎn)生裂片。裂片的累積，會阻礙可裂變材料的進(jìn)一步裂變，累積到一定程度，可使裂變難以發(fā)生，即成為乏燃料，這就需要卸堆進(jìn)行處理。(3)可轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換為可裂變材料，這是核燃料增殖的基礎(chǔ)。 后處理的主要目的是回收輻照(乏)燃料中寶貴的可裂變材料(鈾-235，鈾-233和钚)和可轉(zhuǎn)換材料，以便再制造成新的燃料元件。此外，核燃料在反應(yīng)堆中輻照時所產(chǎn)生的超鈾元素的提取，也有很大的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價值。 核燃料后處理發(fā)展了水法和干法兩種技術(shù)途徑，但迄今為止，工業(yè)化后處理廠采用的都是水法技術(shù)。水法后處理的主導(dǎo)工藝是Purex流程，這一流程經(jīng)過幾十年的發(fā)展，并沒有發(fā)生根本性的改變，但一直在朝著更安全、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)發(fā)展。 我國后處理技術(shù)的發(fā)展也在努力追趕國際先進(jìn)技術(shù)。早期，以原子能院為主要基地，在國內(nèi)有關(guān)高校和研究機(jī)構(gòu)的大力協(xié)同下，成功地完成了我國生產(chǎn)堆后處理技術(shù)的研發(fā)，為確立我國的核大國地位作出了重要貢獻(xiàn)。改革開放以后，特別是自“九五”以來，核能需求的快速增長給我國后處理技術(shù)發(fā)展注入了新的推動力。后處理中試廠的建設(shè)是我國上世紀(jì)90年代以前的后處理技術(shù)發(fā)展的一個的總結(jié)。在中試廠的分離工藝技術(shù)發(fā)展中，我國后處理領(lǐng)域的科技人員，以原子能院為基地，突破了一系列后處理工藝技術(shù)，為中試廠的順利建設(shè)提供了良好的技術(shù)支持。在此基礎(chǔ)上，原子能院又循著國際發(fā)展趨勢，在水法后處理的前沿技術(shù)上取得了若干突破，開發(fā)了多個性能良好的無鹽試劑，設(shè)計了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)二循環(huán)流程工藝(該項技術(shù)獲得了國家科技進(jìn)步二等獎)，推動我國后處理工藝技術(shù)邁上了一個新臺階。 先進(jìn)二循環(huán)流程繼承了中試廠的兩循環(huán)工藝，并通過發(fā)展的兩種重要的無鹽試劑，使工藝過程大大簡化，核素走向更加合理，廢物產(chǎn)量大幅度降低。這一具有國際水平的先進(jìn)流程通過多次的溫實驗驗證，已經(jīng)預(yù)示了其光明的應(yīng)用前景。當(dāng)然，這個流程也還有不少化學(xué)和工藝問題需要攻克，還需要通過在進(jìn)一步的溫實驗和熱實驗的研究中逐步完善，以驗證其工業(yè)化的可行性。針對存在的問題，原子能院已組織了精干的攻關(guān)隊伍，力爭在“十一五”期間取得重大進(jìn)展。 為實現(xiàn)核能發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性、安全性和潔凈性目標(biāo)，要求在后處理過程中不僅要回收可裂變材料以充分利用鈾資源，提高核能經(jīng)濟(jì)性，保障核能可持續(xù)發(fā)展，而且要分離燃料輻照過程中產(chǎn)生的、長壽命的、含量少而毒性大的錒系核素(即次錒系核素)和長壽命裂片產(chǎn)物元素，以通過嬗變消除其毒性，維護(hù)環(huán)境安全，實現(xiàn)核能潔凈化目標(biāo)。這就是高放廢液分離技術(shù)。 我國發(fā)展的高放廢液分離技術(shù)已接近國際先進(jìn)水平。在組分離試劑與工藝、高釋熱元素的分離材料與方法等方面已經(jīng)取得了一批重要成果，設(shè)計的原理分離流程在國際上也具有一定的影響力。原子能院綜合國內(nèi)外基礎(chǔ)研究成果提出了酰胺莢醚分離流程。這個流程的特點是可以直接與主工藝流程(即Purex流程)對接，而無需對高放廢液進(jìn)行稀釋，無需調(diào)整高放廢液的酸度，克服了某些流程需要對高放廢液進(jìn)行高倍稀釋從而增加廢液體積的缺點。其對次錒系元素的回收率可以達(dá)到99.9%以上，錒-鑭組分離能力符合回收要求，具有了較好的開發(fā)應(yīng)用前景。 原子能院還在多年開展主工藝流程和高放廢液分離流程研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，提出了將兩段流程結(jié)合，合理分配各段核素回收指標(biāo)的“一體化分離流程”概念。其指導(dǎo)思想是適當(dāng)降低主工藝流程對鈾钚的收率要求，為主工藝流程的進(jìn)一步簡化創(chuàng)造條件，并將廢液分離流程中分離難度比較大的元素镎納入主工藝流程進(jìn)行回收。這樣，不僅可以充分發(fā)揮兩段流程的作用，而且可以使兩段流程完融合而成為一個整體的流程，即“一體化”流程?！耙惑w化”流程的出發(fā)點是，最大限度地縮短主工藝流程，并將主工藝產(chǎn)生的高放廢液進(jìn)行全分離，以最大限度地減少廢物產(chǎn)量，實現(xiàn)高放廢液中放化。這一設(shè)想如果實現(xiàn)，將具有良好的資源效益、安全效益、環(huán)境效益，也是國際上后處理技術(shù)的重要發(fā)展方向。 到上世紀(jì)90年代后期，由于反應(yīng)堆技術(shù)的進(jìn)步，以及核能經(jīng)濟(jì)性與安全性要求的提高和自動化遠(yuǎn)距離操作技術(shù)的發(fā)展，使核燃料的燃耗被加深， MOX元件得到應(yīng)用。尤其是分離嬗變技術(shù)路線的提出，使分離深燃耗、短冷卻期、高钚含量的乏燃料提到日程。這使得水法工藝難以適應(yīng)，這就為干法后處理技術(shù)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。 干法后處理技術(shù)，又稱高溫后處理技術(shù)。最初是由美國的ANL 和俄羅斯的 RIAR 、RICT發(fā)展起來的。 進(jìn)入新世紀(jì)以來，主要核能國家如美國、俄羅斯、日本、法國、英國、韓國、印度等國家均投入大量人力物力開展干法后處理技術(shù)研究，并將主要精力集中在熔鹽體系的干法后處理流程開發(fā)上。這些流程歸結(jié)起來，主要有金屬鋰還原金屬電解精制流程、電解氧化物沉積流程，以及與濕法相結(jié)合的混合流程三種。這些流程雖各有特點，但都存在著一些技術(shù)上的難題等待克服。不少國家設(shè)立了干法后處理技術(shù)攻關(guān)研究的專門計劃。 由于干法后處理技術(shù)具有較好的防擴(kuò)散性能，因此其國際合作與交流相對于水法來說要容易一些。如今，上述三個流程基本上都在進(jìn)行國際合作研究。 我國干法后處理技術(shù)研究起步于上世紀(jì)70年代，但后來經(jīng)過了很長時間的停頓，現(xiàn)在與國際先進(jìn)水平有著較大的差距。進(jìn)入新世紀(jì)以來，國家已在原子能院這個我國唯一具備開展后處理溫、熱實驗研究的基地加大投入力度，建設(shè)開展干法后處理研究的實驗設(shè)施和基礎(chǔ)條件，人才培養(yǎng)和基礎(chǔ)技術(shù)研究也已逐步展開。