[科普中国]-乏燃料冷却

从反应堆卸出的乏燃料通常都要存放一段时间才加以处理，这个过程称为乏燃料元件的“冷却”。冷却一般放在特殊设计的水池中进行。设计水池要考虑保证临界安全，及时导出裂变产物释放的热量和水辐解产生的H2、O2等许多安全和工程问题。

一、乏燃料为什么需要冷却

辐照燃料元（组）件的比放射性活度很高，现代轻水堆燃料组件在停堆的瞬间（约1秒后）具有10000-15000TBq/kgU的比放射性活度，一天后仍有1000-1500TBq/kgU的比放射性活度。这样强的放射性很难处理，因为强射线会通过辐射分解，破坏水法后处理过程中使用的有机试剂，使工艺过程不稳定，而且操作组件运输也有困难。

二、乏燃料冷却的作用

1.降低乏燃料放射性水平

乏燃料中的数百种裂变产物，大部分都是放射性核素，且产率和半衰期各不相同。经过冷却可使占乏燃料中绝大部分放射性的短寿命核素衰变掉，使毒性大且易于挥发的、容易造成环境污染的碘-131衰变掉，从而大大降低乏燃料的放射性水平。这不仅可以降低后处理过程的防护费用，而且对水法后处理过程还大大减少辐射对有机试剂的讲解破坏作用。

2.保证转换生成的易裂变材料的收率

欲使可转换核素吸收中子后生成的中间产物（239Np、233Pa）完全衰变为有用的易裂变核素239Pu、233U，必须要有足够的冷却时间，从而确保回收核素的纯度和回收率。

3.使放射性很强的铀或钍同位素（如237U、234Th等）衰变

若不把这些核素衰变掉，在后处理过程中又不能把它们与铀或钍分离，结果得到的铀或钍产品的放射性就会大大超过天然铀或钍的放射性水平，给这些回收产品的后续加工和再利用造成困难。此外237U的衰变产物237Np是一种需要在后处理过程中加以回收的重要超铀核素，所以为了保证237Np的收率，也需要让237U绝大部分衰变为237Np。

三、冷却时间

一般生产堆燃料典型的冷却时间为90-120d；动力堆乏燃料的冷却时间为150-180d；快堆乏燃料放射性核素衰变而产生的释热比功率高、易裂变核素含量高，从经济角度考虑，必须在尽可能短的时间内，完成快堆乏燃料的冷却、后处理和元件的再制造过程，早期希望冷却30d，目前倾向于冷却50-60d。以上是后处理工厂设计作为依据的最短冷却期，实际后处理过程中由于各种原因，都要超过这些天数1。

本词条内容贡献者为:

宋培峰 - 高级工程师 - 环境保护部核与辐射安全中心