张锐 核燃料循环作业

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处置设想将废物通过发射到太空以解决地球污染问题，但是费用昂贵，而且随着太空开发的进 行，太空处置这一手段不可能作为最终处置措施，还需进行进一步处理。核嬗变处理方法因为 其技术难度大，仅在部分技术发达国家进行研究，尚还处于实验阶段。 三. 次锕系元素（MA）和长寿命裂变产物（LLFP）的处理方法 为了减少核电反应堆产生的乏燃料对环境的影响， 国际上开展了分离/嬗变和先进核燃料循 环的研究。其中，从核废物中分离回收次锕系和长寿命裂变产物是关键步骤。乏燃料后处理和 高放废液分离一体化流程与现有乏燃料处理处置方式相比， 流程简单、 二次废物少、 经济性高。 对于长寿命的锕系元素只有通过核裂变才能使其转换为短寿命或稳定的核素，采用嬗变技术 ( Transmutation)就是把高放废物中锕系核素、长寿命裂变产物和活化产物核素分离出来，制成 燃料元件送到反应堆去燃烧或者制成靶子放到加速上去轰击散裂，转变成短寿命核素或稳定同 位素。这样减小了高放废物地质处置负担和长期风险，并可能更好地利用铀矿资源。嬗变原理 主要通过(n,γ),(n.2n)反应将长寿命裂变产物或锕系核废物嬗变成稳定的短寿命核素。 目前实现嬗变的装置有快堆、热中子堆、强流加速器、加速器驱动的次临界装置（ADS） 、 聚变嬗变堆。比较系统地进行嬗变研究的主要国家为法国、日本、美国和俄罗斯。 1. 利用热中子堆进行嬗变 经过一次循环，Np 的嬗变率为 45%~50%，其结果是减少了 237Np 的长期放射性危害，但 是产生了高毒性的 238Pu；经一次循环，Am 的嬗变率为 73%，产生了以中长寿命毒物 238Pu 和
引言Байду номын сангаас
核燃料后处理厂的废物，是从乏燃料中回收铀、提取钚的过程中伴随产生的含有不同数量 的裂变碎片、超铀元素的水相和有机相溶液、气体和气溶胶、固体物质和粉尘。放射性废物的 管理要遵循减量化、资源化和无害化的三个原则，内容包括废物处理、运输、暂时贮存和最终 处置的全部过程。 放射性废物处理是指，为使放射性废物转变成适用于往大气和水体排放、回收复用或作为 最终处置的状态所实施的工艺过程。放射性废物的最终处置是指，为使放射性核素在衰变到对 人类无害水平前，保持与生物圈隔离所采取的措施和工艺过程。高放废物由于具有放射性比活 度高，释热率高，含有一些半衰期长、生物毒性大的核素等特点，在废物的处理与处置上受到 极大关注。
请以下列题目写一篇综述性文章. 高放废物的处理与处置方法及进展(包括次锕系元素和长寿命裂变产物的处理方法).
文章要求如下： 1. 格式要求（10 分） 。请按照一般的综述文章的格式进行，包括下列内容 题目 作者 摘要 关键词 引言 正文 结论与展望 参考文献 2. 正文部分请按照内容逻辑关系分节，加小标题（60 分） 。 3. 引用参考文献需在文章中引用之处标出, 参考文献按照 GB/T 7714—2005《文后参考文献著录 规则》 ）格式列出。 （10 分） 4. 字数要求：>2000 字（20 分） 。 5. 单独完成，如出现雷同，所有雷同者按照抄袭处理，均为 0 分。 6. 文章请在此模板内完成，打印。
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主要有煅烧法、玻璃固化、陶瓷固化、金属固化等，对固化体的辐照稳定性、热稳定性、机械 强度和化学稳定性的要求十分严格。 1. 煅烧法 煅烧法就是将高放废液低温蒸发、干燥制得的金属盐，在高温下短少分解成稳定的金属氧 化物固体颗粒或其他的固体颗粒的固化方法。这种方法适用于处理含盐量较高的高放废液。 煅烧法又可分为流化床煅烧、喷雾煅烧和罐式煅烧等，其中流化床煅烧的工艺较为成熟并 已获得工业规模的应该用。 高放废液煅烧固化过程的减容比可达到 7~12， 大大减少了所需的贮 存容积和对设备的腐蚀，同时煅烧产物具有较高的辐照稳定性和热稳定性。由于煅烧产物比较 脆、比表面积大、一些金属氢氧化物的化学稳定性较差，为了进一步处置，煅烧产品必须制成 玻璃固化等形式。 改进版的煅烧方法是在煅烧时加入某种化学制剂，得到的产物是裂变产物和次锕系元素的 难熔化合物陶瓷体，其机械强度和化学稳定性都比较好，称之为超级煅烧产物，其抗浸出性能 类似于化学稳定性很高的固化体。 2. 玻璃固化 玻璃固化是指，将高放废液同硼硅酸盐玻璃原料混合，经高温熔融、退火处理后，称为包 容裂变产物和锕系元素的稳定玻璃固体的工艺过程。玻璃固化体浸出率低，耐辐照，是一种处 理高放废液安全可靠的途径。 玻璃固化物的化学稳定性及辐照稳定性很高，各向异性并且致密无隙。玻璃的主要缺点是 热力学性质不稳定，放射性衰变产生的高温可能引起玻璃的反玻璃化，后者使得玻璃固化物的 性质变坏，浸出速率增加。 对于高放废液的固化，目前只对低燃耗后处理产生的废液进行了工业规模的玻璃固化，对 高燃耗燃料后处理产生的高放废液尚只进行了实验室规模的玻璃固化。玻璃固化体的世纪足城 主要取决于费伍德院士组成和所采用的玻璃固化工艺，包括脱硝方法、煅烧装置、加热方法及 固化操作程序等。 国际上有代表性的玻璃固化工艺有三种： （1） 法国玛库尔高放废液玻璃固化工艺（AVM 和 AVH） 璃固化车间建于法国玛库尔后处理厂，1978 年投入运行； （2） 德国高放废液玻璃固化工艺（PAMELA 和 VERA） 德国的 PAMELA 法采用化 学脱硝、废液供料、陶瓷熔融器，生产磷酸盐玻璃。产品是直径 5mm 左右的玻璃珠嵌 入铅基体（称为玻璃金属固化体） ，导热性能和机械性能很好；VERA 工艺包括脱硝、 废物雾化、煅烧物与玻璃组分在 1200℃熔炼等。 （3） 英国高放废液玻璃固化工艺（HARVEST 和 WVP） FINGAL 法的改进流程，是一种废液供料的罐内熔融法。 英国的 HARVEST 是以前 世界上第一个工业规模玻
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第 1页 （共 7页） 二○一五～二○一六学年 第 2 学期 考试日期：2016 年 5 月 25 日
《核燃料循环》考试试题
试卷类型：A 试卷代号：060033
班号： 0613302
题号 得分 一 二 三 四
学号： 061300312
五 六 七
姓名： 张
八 九
锐
十 总分
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高放废物的处理与处置方法及进展
张 锐
摘要 随着中国大力发展核能战略的推进， 核电厂后处理技术面临的要求要来越高， 更多的乏燃料和放射 性废物的产生意味着需要更加完善的解决方案和技术投入。 高放废物系指乏燃料后处理产生的高放废液 及其固化体和准备直接处置的乏燃料。它的特点是放射性比活度高，释热率高，含有一些半衰期长、生 物毒性大的核素。因此，它们的处理与处置技术复杂、难度大、费用高，成为当今放射性废物治理研究 中的重点课题。本文为一篇综述性文章，对高放废液的固化方法、高放废物的处置方法和次锕系元素和 长寿命裂变产物的处理方法等几方面，介绍了高放废物处理、处置的现状，并作了一些简要分析，文中 还详细讨论了高放废液的玻璃固化方法和嬗变法处理次锕系元素和长寿命裂变产物的技术现状。 关键词：高放废物 长寿命裂变产物 次锕系元素 嬗变 玻璃固化
99 90%~98%。 Tc 和 129I 的嬗变率每年分别可达 10% 根据日本对 LLFP 在快中子堆中嬗变的研究，
和 5.2%。 3. 利用 ADS 进行嬗变 在 ADS 中嬗变 MA，由加速器所驱动的次临界装置确保了良好的安全性，在 ADS 嬗变 MA 时，由于很高的裂变份额，不会存在快中子堆中出现的 MA 的消长平衡。ADS 在安全和长 期稳定运行方面尚存在很多问题，而且开发耗资巨大。
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3.
陶瓷固化 陶瓷固化是指，将高放废液与一种或者多种天然矿物经过高温煅烧、热压制成固化体的工
艺，使高放废液中的放射性元素的原子进入矿相的晶格位置，或者镶嵌于晶格的孔隙中，与基 质矿物形成均匀的固溶体，其原理是基于许多含有放射性元素的天然矿物（或人工矿石） ，可 在比高放废物处置库环境更恶劣的地质条件下，稳定存在数百万年这一事实。它与玻璃固化的 区别是，玻璃固化体是经熔融、快速冷却后形成的非晶质体，而陶瓷固化体是经熔融、缓慢冷 却后形成的晶质体。 二. 高放废物的处置方法 高放废物的产生量仅为中低放废物的 1/10~1/100，主要来自于核反应堆乏燃料元件或其后 处理高放废液的玻璃固化体。虽然在数量上比中低放废物要少，但由于大部分高放废物含有长 寿命α粒子放射源，且会产生较多的衰变热，因此与中低放废物的处置相比，高放废物的处置 不论在隔离时间还是处置地域都有更加严格的要求，其隔离时间需要超过 105a。具体处置方法 可分为地质处置法和非地质处置法，地质处置法主要有深地质处置、岩石熔融处置和深海地质 处置等，而非地质处置法则主要有冰层处置、太空处置和核嬗变处置等。 1. 地质处置 深地质处置就是把高放废物将一定时间的贮存后， 埋藏在距地表深约 500-1000m 的地下深 处，确保在不短于 10000 年的长时期内废物中的放射性核素与生物圈的可靠隔离。埋藏高放废 物的地下工程即为高放废物处置库。为了防止放射性核素迁移至地表，深地质处置库一般采用 的是“多重屏障系统”设计，即把废物储存在废物容器中，外面包裹回填材料，再向外为围岩。 一般把地下设施及废物容器和回填材料称为工程屏障，把周围的地质体称为天然屏障。在这样 的体系中，地质介质同时保护这放射源和生物圈。据英国设菲尔德大学的地质学家弗格斯·吉 布博士的实验所示，核废物能利用自身的衰变热将周围的部分岩石熔化，在随后的时间岩石将 慢慢冷却并再次结晶，从而把核废物封存在地表深处。特别在地下 5 000 m 以下的深度，即使 是封存核废物的固化体泄漏，也不存在能把放射性废物带回地表的地下水。而且，这种处理核 废物的方法既安全、又廉价，已经越来越成为许多国家处置高放核废物的主要选择。 深海地质处置是选择底部沉积物为粘土的深海区，将高放废物容器植入深海((4000~6000 米)底部粘土沉积物处， 靠海底未固结粘土和海水永久隔离高放废物。 与中低放废物海洋投弃处 置不同的是，海洋投弃是将废物容器投弃在海底沉积物的表面，得不到屏障保护。 2. 非地质处置 关于高放废物的处置还有冰层处置、太空处置和核嬗变处置等设想。 对于冰层处置，设想中可以将高放废物置于冰川深层，随着能量的释放，废物包壳周围的 冰层会逐渐融化，废物随之下降到深处，而上层的冰水继续冻结，废物会不断深入冰壳内部。 但是这种方法会使得废物流入大海挥着虽冰川移动，难以追踪和控制，也违反国际法规。太空