核燃料循环和材料技术（国际原子能机构核燃料循环和材料科）

1前言 铀和钍这两种自然界存在的最重的元素是核燃料的基本原料。核燃料循环是一个典型的系统工程，它包括与铀钍有关的各种过程和技术，例如探矿、采矿、纯化、转化、铀富集、燃料设计、燃料元件和组件的制造、堆内辐照、乏燃料贮存、乏燃料后处理回收、回收燃料的再制造和再循环，这就是所谓的“闭路式燃料循环”；另外还包括高放废液的最终贮藏处置。在“开路燃料循环”中，乏燃料不再后处理回收，而是经过处置后永久地贮藏。     

PWR/CANDU联合核燃料循环研究

根据我国已拥有PWR和CANDU核电站的具体情况 ,提出一种PWR/CANDU联合核燃料循环的策略 ,即把压水堆的乏燃料后处理后的回收铀 (RU)用作为CANDU堆的核燃料 ,既可节约铀资源 ,提高燃料的能量输出 ,又减少了废燃料的处置量 ,可大大降低核电成本。由于CANDU堆对核燃料循环的固有灵活性 ,堆芯结构及运行方式不需作重大改变 ,即可完成从天然铀到RU的过渡。又由于RU较低的放射性活度 ,这对CANDU堆的燃料制造是可以接受的 ,因而只需对现有燃料制造生产线稍加屏蔽措施 ,对运输和运行中燃料管理操作等都勿须改变。因而这一策略是具有重大经济效益和吸引力的     

我国压水堆装载MOX燃料对核燃料循环情景影响初步分析

为了满足持续增长的国家能源需求,核电将有更大规模的发展。本文对我国未来的核电发展和核燃料循环进行了情景研究,预测了2050年前核电对天然铀资源和燃料制造能力的需求情况,核电站产生的乏燃料量,分离钚产生量。乏燃料后处理能力作为我国核燃料循环体系的重要组成部分,将对我国核燃料循环情景产生重要影响。本文对后处理规模和分离钚的利用进行了假设,研究了两种情景模式下后处理和分离钚利用对我国铀资源需求和核废物产生的影响。     

混合能源堆裂变包层核燃料成本分析

混合能源堆裂变包层燃料管理策略是:对乏燃料做后处理,得到的回收燃料作为下一循环的燃料,据此开展裂变包层的燃耗性能分析。在此基础上建立了针对混合能源堆的燃料循环成本分析模型:建立核燃料循环图,进行物料衡算,并分析燃料管理方案的单位发电量的燃料消耗量,根据市场价格,得到最终的核燃料成本。根据燃料循环成本分析结果,对影响较大的因素,如天然铀采购单价、乏燃料后处理单价、燃料制造单价等参数进行敏感性分析,得到燃料成本根据各价格参数变化规律。     

为电力公司竞争服务的核燃料循环

【法国《核综论》2000年第1期报道】核燃料是一种具有高附加值的高科技产品,它的生产需要一系列的工业转化过程。这种燃料根据电力公司选择的运营方式在反应堆堆芯释放能量。使用过的燃料应得到处置。乏燃料后处理可使其中的裂变物质得到循环利用并对最后的废物进行整备,以便在安全和确定的工业方式下进行最终贮存。正是这一套工序构成了核燃料的循环。通常把循环分为前端(在装入反应堆前,从天然铀到燃料组件)和后端(反应堆辐照后)。然而逐渐实施的再循环使这种划分变得模糊了。当然,人们感兴趣的是循环的总费用。1.循环费用在千瓦小时发电…     

日本原子能委员会委员长否定了“放弃核燃料后处理”的主张

8【日本《朝日新闻》2004年5月14日报道】 2004年5月14日，日本原子能委员会委员长近藤骏介在与对核燃料循环持批判态度的福岛县知事佐藤荣佐久会谈时就乏燃料全部后处理的核燃料循环路线指出，对待反对核燃料后处理路线态度应该像在足球比赛中亮“红牌”一样将其罚出场外，表明其从根本上支持核燃料循环路线。 近藤骏介委员长对福岛县知事说：“改变后处理路线无异于改变了日本以循环型社会为目标的哲学”。 原子能委员会将在2005年前修订《原子能开发利用的长期计划》。截至2004年4月，专家多次要求将现行后处理路线与直接处置乏燃料的路…     

先进燃料循环坎杜堆:超越天然铀燃料循环

正【英国《国际核工程》网站2014年11月10日报道】先进燃料坎杜重水堆(AFCR)是目前唯一一种能够使用堆后铀(即通过后处理从乏燃料中回收的铀)和钍基燃料、且能满足后福岛要求的第三代反应堆设计。它由加拿大坎杜能源公司(Candu Energy)与中国核工业集团公司秦山第三核电有限公司、中核北方核燃料元件有限公司以及中国核动力研究设计院合作开发,已完成概念     

小型模块化增殖焚烧快堆MA嬗变性能分析

次锕系核素(Minor Actinides,MA)作为长寿命高放射性核废料,在乏燃料放射性中占据主导位置。乏燃料最小化是保证核能可持续发展的重要环节,而嬗变是安全处置乏燃料的有效途径。小型模块化增殖焚烧(Breed and Burn,BB)快堆的中子经济性较好,燃烧寿期长,装料方式灵活多样,可用于增殖产生易裂变核燃料、嬗变长寿命核废料,从而解决核电发展中前端核燃料供给和后端乏燃料处理问题。本文分析对比了U3-MA和U5-MA燃料装载模式的临界、燃耗和安全性能,并系统研究了两种装料模式在BB快堆上嬗变MA的性能。结果表明:两种装料方式均能达到较好的嬗变性能,且MA的添加还能使反应堆寿期更长,堆芯中子经济性更高;此外,从安全性能上来看,添加MA对钍铀燃料循环的缓发中子份额影响较弱,但是对其燃料多普勒系数影响较强,这为后续钍铀、铀钚燃料循环选取合理的MA装载份额提供了参考依据。     

CANDU堆应用RU的PWR/CANDU联合核燃料循环的研究

对压水堆乏燃料后处理回收铀（RU)在秦山三期CANDU堆中应用的可行性和经济性进行分析。使用ORIGEN2程序．对后处理回收铀在生产后放置不同时间后核素的成份和放射性活度进行了计算。证明RU燃料元件生产的放射性水平是可以接受的。使用DRAGON／DONJON程序对应用RU的秦山三期CANDU堆的时均堆芯和瞬时堆芯校验分析表明：采用简单的2燃耗区，2、4棒束的换料方案能满足最大通道功率、最大棒束功率限制。通过放射性分析和堆芯物理分析可以看出，秦山三期CANDU堆在不改变堆芯结构及运行模式的条件下，从天然铀(NU)燃料过渡到RU燃料是可行的。通过对秦山三期CANDU堆应用RU的经济性分析，可以看出PWR／CANDU联合核燃料循环的策略既可节约铀资源(23％)，提高燃料的能量输出(4l％)．又减少了废燃料的处置量(66％)．可大大降低核电成本。     

压水堆核燃料循环情景模式初步研究

根据我国核电发展现状和中长期发展规划及中长期（2030、2050）发展战略研究,假设2050年前我国压水堆核电发展规模,基于压水堆乏燃料后处理,回收的钚做成MOX燃料放入压水堆中使用,MOX燃料只使用1次的循环模式,进行核能发展情景研究。基于压水堆可装载30%比例MOX燃料的已有研究结果,考虑我国主要的两种压水堆堆型M310和AP1000,进行压水堆核燃料循环分析。利用核能发展情景动态分析程序DESAE-2,给出了不同情景模式下天然铀需求量、乏燃料累计量等。结果表明：至2050年,B₁和B₂模式较A模式分别节省天然铀4.1万t和2.9万t。     

核燃料循环中的节约潜力

【西德《核化学冶金公司市场报告》1990年第9期第3页报道】尤其是80年代中期,许多核电公司对后处理方面的潜力表示热心。钚和后处理铀(REPU)的返回使用意味着可以节约反应堆所需的新铀——估计到2000年每年将达10％。同样重要的是,返回使用后处理的材料为闭合燃料循环提供了方向,用这种方式可以减少需要放入最终废物贮存库内的乏燃料的数量。     

压水堆核燃料循环的经济分析程序介绍

所开发的压水堆核燃料循环分析计算机经济程序包括12个子程序,代表着压水堆整个核燃料循环各种不同的工艺过程。本程序能算出压水堆核电站核燃料循环中燃料费用对发电成本的影响,给出各工艺过程对燃料成本的敏感度分析,并尽可能给出燃料循环中燃料材料及服务的价格数据.     

加速器驱动先进核能系统的乏燃料循环再生研究北大核心CSCD

乏燃料后处理是核燃料循环的关键环节,制约核电的可持续发展。借助于加速器驱动先进核能系统(ADANES)提供的高通量、硬能谱的外源中子,其乏燃料后处理只需除去乏燃料中的挥发性裂变产物和影响次锕系元素嬗变的中子毒物,长寿命的次锕系元素Np、Am、Cm可与二氧化铀一起转化为新的燃料元件在加速器驱动燃烧器中燃烧、嬗变、增殖和产能。基于此,本课题组提出了加速器驱动的乏燃料后处理及再生制备的技术路线,包括高温氧化粉化与挥发、选择性溶解分离和燃料再生制备。本文主要介绍了近几年本课题组在这三方面所取得的一些成就,希望能为加速器驱动先进核能系统的乏燃料后处理提供基础数据。     

日本评价后处理方案

【英国《国际核工程》网站2012年5月21日报道】日本原子能委员会(JAEC)核电与核燃料循环技术分委会于2012年5月16日发布了对后处理方案的评价报告。报告称,如果日本保持目前的核电份额或提升核电份额,后处理将是最有效的乏燃料管理方案。但该报告建议日本同时寻求后处理和直接处置方案。该报告建议了3种再循环政策方案,并根据日本核电到2030年的4种不同核电份额(35%、20%、15%和0%)对每种方案进行了评价。在2011年3月日本福岛第一核电站发生严重事故之前,核发电量占日本总发电量的近30%。     

2050年前我国压水堆核燃料循环模式研究

根据中国工程物理研究院的《中国能源中长期(2030、2050)发展战略研究》报告,以我国的两种主流堆型—大亚湾M310和三代AP1000为研究对象,由我国核燃料循环现状和未来发展目标,假定了2050年前我国压水堆核燃料循环的几种可能模式,并利用DESAE-2(核能情景分析软件)计算了假定模式下的铀钚资源需求与高放废物的提取量。计算结果可为我国核能发展策略提供数据参考。计算结果的比较与分析表明,扩大装有MOX燃料的在运营压水堆规模能更有效地节省铀资源,而决定装有MOX燃料的在运营压水堆规模大小的关键在于所具有压水堆乏燃料后处理能力的大小。     

跨国研究团队公布核燃料循环对废物处置影响的研究结果

【美国《核新闻》2009年1月刊报道】美国电力研究院（EPRI）与法国电力公司（EDF）最近合作开展了一项关于核燃料循环对废物处置影响的研究。在这项研究中,假设的核燃料循环情景是先进燃烧堆（ABR）已投入商业应用并对乏燃料进行后处理。这项研究的结论是使用先进核燃料循环能够降低核废物的处置需求,但目前还需要开展大量的研发工作,以确保能够安全且经济地将商业乏燃料后处理和循环技术投入使用。     

核能生产人工辐射源对中国大陆公众的辐射照射

总结了核燃料循环和核电生产放射性流出物释放对中国大陆公众的辐射照射，所涉及的活动主要包括铀矿开采和冶炼、铀转化和铀浓缩、核燃料元件生产、核反应堆发电对中国大陆公众的影响。评估结果表明，对于中国铀矿开采和冶炼、铀转化和铀浓缩、核燃料元件生产、压水堆核电生产、重水堆核电生产，按照5年期（2001—2005）平均的归一化集体有效剂量分别为0.81、5.16×10^-3、2.09×10^-3、2.91×10^-3和1.84×10^-1人•Sv/（GW•a），中国核能生产的某些环节的放射性流出物排放和所致的归一化集体有效剂量比全球平均值高，值得进一步分析和研究。     

美国完成全球威胁降低倡议的首次返还燃料运输

【日本《原子能产业新闻》2004年7月29日报道】核燃料循环开发机构与电力中央研究所计划从2010年前后开始联合开发接近实用的工程规模干式后处理实验装置,并拟于2020年之前将该装置用于回收再循环作业。该消息是于2004年7月20在原子能委员会例会上发布的。这样,日本就将于2025年前后确立日本型干式后处理技术。上述两机构联合开发的干式后处理技术将用于对轻水堆乏燃料进行后处理、为正在进行中间贮存的乏燃料提供处置方案以及确立使用金属燃料的快堆燃料循环。该项技术将被用于建造第二座后处理厂,以对“钚热轻水堆”的乏燃料和高燃耗乏燃…     

EPR与核燃料循环

【法国《核综论》2004年第4期报道】欧洲压水堆(EPR)是一种渐进型压水堆,在核燃料循环方面,仍属于法国电力公司(EDF)以乏燃料后处理和一次再循环为基础的现有工业战略范畴,并将继续使用现有的核燃料循环设施。由于其堆芯巨大,EPR具有提高二氧化铀和混合氧化物(MOX)燃料效率的潜力并有在增效的同时减少废物产生量的潜力。1.燃料循环的作用:促进核电的可持续性目前,法国共有58台标准化的压水堆核电机组并正在着手建造一台EPR机组。2004年,法国核电的总发电量约为427/TWh,占全国总发电量的约78%。随着电力市场的逐步开放,为了巩固核能作…     

比利时的乏燃料管理

【《欧洲核综览》2001年5～6月刊报道】 2000年,比利时70%的电力是由多伊尔和蒂昂热的7个压水堆(PWR)机组提供的。 到2000年,法国高杰马公司(Cogema)在阿格设施中对从首批3个机组(多伊 尔-1、多伊尔-2和蒂昂热-1)中卸出的部分乏燃料进行了后处理。不在Cogema后处理合同涉及范围内的乏燃料现正在厂区暂时贮存。 1993年底,比利时政府决定在比利时核燃料循环后段政策中,将乏燃料的后处理(闭式循环)和直接处置(开式循环)作为两个并行的方案。 这个决定允许继续执行1978年开始并正在执行的后处理合同,并允许比利时的核电机组使用MOX燃料…