核能与先进核燃料循环技术发展动向 孔二峰
加快发展我国乏燃料后处理_再循环技术_顾忠茂
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核燃料
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孙勤-风口上的核工业
孙勤:风口上的核工业关于《孙勤:风口上的核工业》，是我们特意为大家整理的，希望对大家有所帮助。
在中国核工业迎来60周年华诞之际，核电正在蓄势待发，核电总装机容量将会在未来5年之内增长近200%。
在可见的一个时间段内，中国将一直是世界上在建、拟建反应堆数目最多的国家。
下载论文网“福岛”核事故发生后的三年多时间里，中国的核电发展从停滞到重启，在“安全第一”的前提之下，人们也渐渐意识到，中国作为传统能源消费的大国，减少对化石能源的依赖，发展核电是必然选择。
而“一号央企”中国核工业集团公司（以下简称中核集团）作为国内核工业产业链最完整的企业，被外界予以了更多的关注。
董事长孙勤再次接受《英才》记者专访时表示，他对中国核工业的未来发展要比三年前更加笃定：“无论怎样，中国必须有一个强大的核工业，要在国际上有话语权。
”国内的核电建设投资已经箭在弦上，而在面向海外时，核电与高铁也被看作中国制造业走出去的两张“王牌”。
就在不久前，高铁列车的制造商中国南车和中国北车两家企业确定合并。
截至本文发稿前，第一份南北车合并草案已出炉。
“以往这两家公司在海外竞争太过激烈，合并也是为了减少内耗。
”一位大型国有企业的负责人这样告诉《英才》记者。
这不免让人对核电行业的整合充满期待，核电行业的内耗也使其在出海时苦之久矣。
现在技术和品牌统一规划的苗头已经出现。
“华龙一号”于2014年11月3日得到国家能源局的批复，该技术将应用于福建福清的5、6号核电机组。
而更多人认为，由中核集团和中国广东核电集团（以下简称中广核）合作开发的具有自主知识产权的第三代反应堆技术，将承担中国核电走出去的重任。
对核电行业的整合而言，诸多核电领域的“老人”都讳莫如深。
“有些事，并不是简单几句话能说清楚的，”一位核电行业的资深人士告诉《英才》记者，“（各方的观点）听起来都很有道理，牵扯到具体的事大家都有很多各自的想法。
”核电市场化的进程正在加速。
中广核集团的核电板块――中广核电力（1816.HK）已经在香港上市，这只被称为中国核电第一股的股票，发行时被超额认购286倍，核电概念之热可见一斑。
核工业基础知识
第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
（四）稳压器 现代大功率压水堆核电站都采用电热式稳压器。 电热式稳压器一般采用立式圆柱形结构。用来 抑制压力升高的喷雾器安置在稳压器上部蒸汽空间 的顶端。限制压力降低的电加热元件安置在稳压器 下部水空间内。
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第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
三、一回路辅助系统 （一）化学和容积控制系统 核电站的化学容积控制系统的作用是调节一回 路系统中稳压器的液位，以保持一回路冷却剂容积； 调节冷却剂中的硼浓度，以补偿反应堆在运行过程 中反应性的缓慢变化；通过净化冷却剂及添加化学 药剂，保持一回路的水质。 （二）主循环泵轴密封水系统 （三）硼回收系统 （四）补给水系统 （五）取样系统及分析室
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核工业基础知识
第二章 核反应堆
反应堆本体的组成和结构
第三节
反应堆总体结构均可分为反应堆本体和回路系统 两部分。 反应堆本体通常由反应堆（压力）容器、堆芯 （活性区）、堆内构件及控制棒驱动机构等几部分组 成，如图3所示。
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核工业基础知识
第二章 核反应堆
图 3 反 应 堆 的 构 成
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核工业基础知识
核工业基础知识核工业基础知识前言第一章核燃料循环第二章核反应堆第三章核电站动力装置第四章核燃料的开采冶炼和浓缩第五章核燃料元件的制造第六章乏燃料后处理第七章带电粒子加速器第八章核聚变装置第九章核设施退役第十章放射性废物的贮存处理和处置核工业基础知识核工业基础知识简要介绍核燃料循环体系核反应堆核动力堆装置核燃料开采冶炼和浓缩核燃料元件制造核燃料后处理带电粒子加速器核聚变装置核设施退役及放射性三废处理处置等
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第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
二、一回路系统及主要设备 压水堆核电站的一回路系统除了反应堆之外的 主要设备有：蒸汽发生器、冷却剂主循环泵、稳压 器及主管道等。 （一）反应堆压力容器 压力容器是压水堆核电站中最关键的高温高压 设备。
核反应堆工程03
个气体扩散级，一个气体离心机。一个分离单元有一股进入 物料流(供料即原料)，两股流出物料流(浓料或称浓缩流，即 235U含量较高的物料和贫料或称尾料或贫化流，即铀—235含 量较低的物料)。每个分离单元在结构上完全一样，供料、浓 料和贫料的量和相应的丰度值也一样。 ②级或分离级：一个分离级出一个分离单元组成，或由几个分 离单元并联而成。分离级简称级。 ③级联：级联一般由很多分离单元串联、并联而成。“级联” 是由若干级串联而成的，而级则由若干分离单元并联而成。 级联中可以有几种不同结构的分离单元。按需要有多种多样 的级联形式，分离单元或级的排列情况也千变万化。
由于铀-235和铀-238的物理性质和化学性质相同， 共差别只是原子核的质量数相差3，铀同位素分离 就是利用这个原子核质量数的微小差别致使在反 应程度或反应速度上出现的微小差别而采用物理 或化学方法进行分离的。分离需要庞大的设备， 消耗大量的能量。
第二章：核燃料与核燃料循环
铀分离方法：铀同位素分离法是第二次世界大战期间美国实行 研制第一颗原子弹计划——曼哈顿工程(Manhattan Project)开 始发展起来的。在20世纪60年代研究了多种方法，但迄今只 有三种具备工业价值的分离方法：即气体扩散法、气体离心 法和空气动力学法。
第二章：核燃料与核燃料循环
分离单元、级、级联示意图
第二章：核燃料与核燃料循环
④分离功(SWU)。为达到一定的富集度需要做的功。理论上在 温度为58℃时，富集铀过程每个SWU＝702kw•h，在实际过 程中，每个SWU接近3000kW•h。有的书中把分离功定义： 从2.3kg天然铀生产1kg含1.4％铀—235的低浓铀且尾料为0.2 ％铀—235所需要的功。分离功是铀同位素分离工艺的耗功度 量，铀同位素分离厂的生产能力都用SWU的数量表示，而不 是用富集产品的数量表示。
[整理版]核科学概论论文
![[整理版]核科学概论论文](https://img.taocdn.com/s3/m/1ceb5c23a22d7375a417866fb84ae45c3b35c2b1.png)
核科学概论论文中国核电发展成都理工大学工程技术学校专业：核工程与核技术班级：核工四班学号：201020401419姓名：苏冠豪2012.5.17摘要：核能，即原子能，是指核反应时释放的能量。
近半个多世纪以来，人类一方面发展核能，另一方面，到现在为止，没有任何国家找到安全、永久处理高放射性核废料的办法，核能的安全与否的问题长期以来争论纷纷。
世界核能的发展面临的最大挑战公众接受性的问题。
和其他技术相比，公众容易过高估汁了核能的风险。
它源于公众对核能安全和废物处理的担心，但是不完全取决于技术因素。
改善核能公众接受性的关键在于改变核能的风险特征。
必须把核能安全的技术、管理和监督工作放到首位，在利用核能造福人类的同时，把其危害性降到最低。
核电作为一种清洁能源，对于满足中国电力需求、优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要战略意义。
这就要求制定核电发展长远规划，制定与采用核安全法规标准，理性看待核电技术，杜绝核风险决策机制以及安全监管制度上的缺失，保证天然铀可持续供应，妥善处理放射性废物，大力培养核能领域高级人才。
关键词：核能、安全、中国、核电、核能发展前言：中国长期以来，以煤炭为主的能源结构不仅已无法适应经济的快速发展，也造成了较严重的社会能源、环境问题。
能源发面，煤炭可供人类使用的时间为二百至二百二十年，中国面临煤炭枯竭的严峻形势不言而喻；环境发面，燃用各种化石燃料将向大气中排放大量的温室气体二氧化碳，硫氧化物和氮氧化物等有害气体以及大量的烟尘，对环境造成极其严重的破坏。
因此，中国有必要积极改善能源利用结构和实现能源的多元化供给。
目前，由于有枯水期和丰水期的分别，造成水电电力不够稳定；而太阳能和风能在短期内又不可能在总电力装机容量中占有较大的份额。
所以，核能是目前唯一达到工业应用、可以大规模替代化石燃料的能源。
核能作为一种清洁的可再生资源在资源逐渐枯竭的当代越来越受到各国的重视。
自核能利用以来，特别是三哩岛和切尔诺贝利核事故之后，各国和有关国际组织都十分重视核安全，而近日日本大地震造成的福岛第一核电站泄漏事故再次引起全球的集体关注，由此核安全的问题再次进入人们的视野。
第六章-核燃料循环PPT课件
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铀的浓缩方法
• 气体扩散法
最成功、最经典的方法 轻同位素气态时移动较快，通过多孔分离膜抽取，
如3%浓、0.2%贫,需要3900级 美国、法国等使用
• 气体离心法
通过重力和离心场，重的在外 单位分离功耗电只是气体扩散法的5%，成本下降
了75% 日本、欧洲等
• 气体喷嘴法
高速吹向凹型壁，惯性和离心力使重物近壁面
• 地下开采：井巷掘进
用于埋藏较深的矿体
凿岩爆破
井巷工程：决定了矿山基建时间
• 原地浸出（地浸）in situ leaching,ISL
通过地表钻孔将化学反应剂注入矿带，通过化学反应选择性地溶解 矿石中的铀，并将浸出液提取出地表
具有生产成本低，劳动强度小
仅适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床（砂岩型）
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世界铀资源
勘定储量：5Mt 推测储量：25Mt 包括海水中的铀：25Gt 世界上重要的铀矿资源国家
• 澳大利亚44％ • 哈萨克斯坦20％ • 加拿大18％ • 南非8％ • 美国、独联体、刚果、尼日利亚等
我国的东北、西北、西南及中南地区都蕴藏有铀
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世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
主要的铀矿床
• 相山铀矿田、郴县铀矿床、下庄铀矿田、产子坪铀矿田、青龙铀 矿田、腾冲铀矿床、桃山铀矿床、小丘源铀矿床、黄村铀矿床、 连山关铀矿床、蓝田铀矿床、若尔盖铀矿床、芨岭铀矿床、伊犁 铀矿床、白杨河铀矿床
已经建成和新建的厂矿
• 衡阳铀矿、郴州铀矿、大浦街铀矿、上饶铀矿、抚州铀矿、乐安 铀矿、翁源铀矿、衢州铀矿、澜河铀矿、仁化铀矿、本溪铀矿、 蓝田铀矿、伊犁铀矿等
• 堆浸heap leaching
我国乏燃料后处理经济性研究
我国乏燃料后处理经济性研究赵弥 彭海成 董博(国家国防科技工业局核技术支持中心 北京 100071)摘要：随着我国核能产业快速发展，天然铀需求和所产生乏燃料的数量也逐年增加，后处理产业的经济性必然会再次成为发展闭式核燃料循环产业需要解决的问题之一。
该文参考经合组织核能署相关研究，开展乏燃料后处理经济性分析，对“一次通过”和后处理两种核燃料循环方式的成本进行测算。
结果显示，现阶段后处理方案比“一次通过”更加经济，并且随着天然铀价格的持续上涨与后处理、MOX燃料制造技术成熟所带来的价格下降，其经济性将在未来愈发凸显。
关键词：核燃料循环 乏燃料 后处理 经济性中图分类号：F426.61;F426.23文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)12-0252-05 Research on the Economy of Irradiated Fuel Reprocessing in ChinaZHAO Mi PENG Haicheng DONG Bo(Nuclear Technology Support Center of SASTIND, Beijing, 100071 China)Abstract: With the rapid development of China's nuclear energy industry, the demand for natural uranium and the amount of produced spent fuel are also increasing year by year, and the economy of the reprocessing industry will inevi‐tably become one of the questions that need to be answered in the development of the closed nuclear fuel cycle industry again. This study refers to relevant research from the OECD Nuclear Energy Agency, analyzes the economy of spent fuel reprocessing, and calculates the costs of two nuclear fuel cycle methods of "once-through" and reprocessing. The results show that the reprocessing scheme is more economical than "once-through" at this stage, and its economy will become increasingly prominent in the future with the continuous rise of the price of natural uranium and the decrease of the price caused by the maturity of reprocessing and MOX fuel manufacturing technology.Key Words: Nuclear fuel cycle; Spent fuel; Reprocessing; Economy近年来，随着世界各国积极推进“碳达峰、碳中和”，以及更安全的核电机组投运，核能产业开始逐渐复苏。
着力核电数字化创新_促进核能产业高质量发展
着力核电数字化创新促进核能产业高质量发展◎卢铁忠党的二十大报告提出，要“加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群。
”中国核能电力股份有限公司（以下简称中国核电）深入贯彻落实党的二十大精神，统筹国内国际两个大局、发展安全两件大事，以确保核电安全为最高优先级，推动新一代数字技术与核电发展深度融合，为核能产业高质量发展探索新路径、取得新成效。
一、以数字技术创新赋能高质量发展以数字技术赋能创新发展是推动核电业务高质量发展的必由之路。
在数字技术日益成为经济增长的核心驱动力的今天，发展数字经济意义重大。
习近平总书记指出，“数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有，正在成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量”。
习近平总书记关于数字经济的重要论述为核能事业发展指明了前进方向。
我们要通过深化数字技术应用驱动数字化转型，建立现代化的企业治理制度和生产管理模式。
核能利用是一项多学科、多专业相结合的大型复杂系统工程，涉及的产业链条复杂，整个生命周期覆盖规划、选址、设计、建安、调试、运行到退役等各个阶段，具有技术难度大、生命周期长、系统装备复杂、安全性要求高等特点。
我们要结合核电具体业务实践创新思维，通过核能与数字技术的深度融合，打破传统模式下时空作业限制，以核电全生命周期、全要素的信息化、数字化、智能化为核心，统筹发展和安全，打造数据驱动、集成创新、合作共赢的数字化能力体系，着力提升产业链供应链“安全、高效、经济、绿色”水平，着力构建现代化能源体系。
党的二十大提出，“高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务”“推动经济社会发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的关键环节”。
党的十八大以来，我们国家全面推动能源生产和消费革命，并提出了要构建清洁低碳、安全高效的能源体系。
中国核电作为实现零碳排放的重要能源供给单位，积极响应党和政府的号召，牢记“企业科技创新主体地位”责任，坚持“创新是第一动力”，主动拥抱新一轮数字技术革命，推进数字技术与实体业务深度融合，全面系统地开展核电智能化信息技术研究，构建自主智能核能技术，促进我国核能产业转型升级，实现引领世界先进水平的核电技术，推动我国由核能大国向核能强国转变，是顺应时代潮流经济的必然选择，更是核电业务高质量发展的必由之路。
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核能与先进核燃料循环技术发展动向孔二峰
摘要：从核裂变能可持续发展的角度,分析了各种核燃料循环方式的特点,指出了核燃料“一次通过”方式不符合核能可持续发展战略。
为了充分利用铀资源并实现核废物的最少化,快堆燃料闭式循环是核裂变能可持续发展的根本出路。
关键词：核裂变能；热堆燃料循环；快堆燃料循环；可持续发展
1核燃料循环是先进核能系统的重要组成部分
1.1核燃料“一次通过”方式不符合核能可持续发展战略
核燃料循环(本文指铀燃料循环)指从铀矿开采到核废物最终处置的一系列工业生产过程。
核燃料在反应堆中使用之前的工业过程,称为核燃料循环前段;核燃料从反应堆卸出后的各种处理过程,称为核燃料循环后段。
如果将后处理回收的核燃料在热中子堆(热堆)或在快中子堆(快堆)中循环,称为“闭式燃料”循环。
如果乏燃料不进行后处理而直接处置,则称为“一次通过”循环。
应该说,“一次通过”循环是最简单的核燃料循环方案。
但该方案存在如下问题:①铀资源问题。
根据最新公布的数据,地球上已知常规铀资源(开采成本低于130美元/kg)的铀储量为4.59×106t。
按目前全世界核电站的燃料使用规模((6～7)×104t/a),这些铀资源仅能使用60～70a。
当然,随着勘探技术的改进,今后有可能发现更多的经济可开采的铀资源,但其总量毕竟有限。
“一次通过”循环方式的铀资源利用率低于1%,而作为废物处置的乏燃料中仅有3%～4%为高放废物(裂变产物(FP)及次锕系核素(MA)),96%～97%为可利用的U和Pu,将乏燃料中大量的资源与少量的废物一起直接处置,将不仅大大增加废物处置体积,还将浪费宝贵资源。
②环境安全问题。
由于乏燃料中包含了所有的放射性核素,要在处置过程中衰变到低于天然铀矿的放射性水平,需要10万年以上。
所以,“一次通过”方式对环境安全的长期威胁极大,不符合核能可持续发展战略。
1.2先进核燃料循环是实现核能可持续发展的必要条件
核能可持续发展必须解决两大主要问题,即铀资源利用的最优化和核废物的最少化。
目前国际上已达到商用水平的热堆燃料循环可部分地实现分离Pu和U的再循环,从而适度地提高铀资源的利用率和减少核废物体积。
从上世纪90年代开始研究开发的“先进核燃料循环”体系是对现有核能生产及其燃料循环体系的进一步发展,是现有的热堆燃料循环与将来的快堆或加速器驱动的次临界系统(Accelerator-DrivenSystem,ADS)燃料循环的结合。
随着快堆和ADS燃料循环的逐步引入,今后的先进后处理技术将能够处理热堆和快堆-ADS乏燃料,实现U,Pu和MA 的闭式循环,从而在充分利用铀资源的同时,实现核废物体积和毒性的最少化。
2闭式燃料循环是核能可持续发展的保证
2.1核燃料循环概念
核能系统的核燃料循环(本文指铀/钚燃料循环)指从铀矿开采到核废物最终处置的一系列工业生产过程,它以反应堆为界分为前、后两段。
核燃料在反应堆中使用之前的工业过程,称为核燃料循环前段,它包括铀矿勘查开采、矿石加工冶炼、铀浓缩和燃料组件加工制造;核燃料从反应堆卸出后的各种处理过程,称为核燃料循环后段,它包括乏燃料中间储存、乏燃料后处理、回收燃料(Pu和U)再循环、放射性废物处理与最终处置。
回收燃料可以在热中子堆(热堆)中循环,也可以在快中子堆(快堆)中循环,统称核燃料闭式循环。
如果乏燃料不进行后处理而直接处置,则称为一次通过循环。
众所周知,热堆核燃料一次通过循环的铀资源利用率低于1%;热堆核燃料闭合循环可使铀资源的利用率提高02~03倍;快堆核燃料闭合循环可使
铀资源的利用率提高50~60倍甚至更多。
目前,国际上对于采用核燃料闭合循环还
是一次通过循环尚无共识。
尽管按照目前的铀价和估计的铀资源,一次通过循环的
经济性略优于闭合循环,但从可持续发展的角度出发,为了充分利用铀资源和减少
核废物体积及其毒性,核燃料闭合循环(或循环经济)是必由之路。
2.2闭式快堆燃料循环是我国核能可持续发展的根本出路
①闭式快堆燃料循环可以实现铀资源利用的最优化如前所述,核燃料在热堆中“一次通过”,铀资源的利用率不到1%;闭式热堆燃料循环仅能使铀资源的利用率提
高0.2～0.3倍;而采用闭式快堆循环,一般认为可使铀资源的利用率提高50～60倍[7,11-14]。
由此可见,只有发展快堆及其燃料循环系统,才能充分利用铀资源,实现
核能的大规模可持续发展。
②闭式快堆核燃料循环可以实现核废物的最少化在快中子谱条件下(包括快中子临界堆和次临界堆),所有锕系核素都具有一定程度的裂
变性能。
所以,快堆不仅可以焚烧Pu的各种同位素,而且可以嬗变MA。
LLFP的嬗
变依赖于热中子俘获反应,在快堆包裹层中建立热中子区即可实现LLFP(如99Tc和129I)的嬗变。
由此可见,通过闭式快堆核燃料循环(包括分离-嬗变),不仅可以充分
利用铀资源,实现铀资源利用的最优化,还能大大减少高放废物的体积及其放射性
毒性,实现高放废物的最少化。
3国内外核燃料循环后段技术现状与发展趋势
3.1后处理技术研究
核燃料后处理分离体系极为复杂,操作的放射性水平极高,因而技术操作难度极大。
乏燃料后处理Purex流程起初是为生产核武器用钚而发展起来的。
后来,国际
上动力堆乏燃料的后处理仍然采用Purex流程,只是随着燃耗的提高,动力堆乏燃料后处理的技术难度更高。
为适应未来的要求,后处理厂将具有更高的可靠性、安全
性和经济性。
为此,对后处理工艺、设备、控制等的研究开发工作仍在进行。
除了
对以U、Pu分离为基础的常规后处理Purex流程进行改进(如简化流程、采用无盐试剂等)之外,考虑到MA和LLFP的分离-嬗变,近年来国际上提出了先进后处理概念。
先进后处理概念可以通过两种方案得以实现,即全分离方案和后处理-高放废液分
离方案。
3.2快堆燃料循环技术研究
实现以快堆为龙头的闭合燃料循环的商用化,是大规模可持续发展核裂变能的
关键。
预计再经过约20~30年的努力,国际上快堆及其先进的燃料闭合循环技术有
可能达到商用化。
快堆燃料循环系统包括快堆乏燃料后处理和快堆燃料制备等。
由于快堆燃料的燃耗很高,放射性辐射很强,释热率很高,可能使传统的水法后处理
技术难以胜任而不得不转向干法后处理。
干法后处理的优点在于试剂耐辐照性能好、流程设备简单、成本较低、有利于防扩散等。
干法后处理被视为下一代乏燃
料后处理的候选技术,但多数国家仍处于实验室研究阶段,只有美、俄两国已达到
中试规模或半工业规模而处于世界领先地位。
结语：
基于上述考虑,我国应争取在2020年前后建成一座大型后处理厂和一座MOX
燃料制造厂。
必须指出,由于我国核燃料循环后段的技术基础相当薄弱,要实现上
述目标无疑具有很大的挑战性。
因此,我们必须动员全国力量,大力加强先进后处
理技术的研究开发工作;在后处理中试厂建成以后,不断提高中试厂的运行水平,为
建设大厂积累经验;注意吸取国外后处理厂运行中的经验与教训,借鉴国外研究开
发最新成就。
参考文献：
[1]中国科学院我国核能(裂变能)发展战略研究[R]北京:中国科学院学部咨询报告,2006.1
[2]中国工程院大型先进压水堆和先进核能系统战略研究[R]北京:中国工程院咨询报告,2006.3
[3]顾忠茂.日本核科技发展动态[J]科技信息,2003,(2):6~7。