[科普中国]-钚储存设施

概述

动力堆乏燃料后处理厂回收的钚有三种去向：作轻水堆燃料、作快堆燃料或者直接贮存。其实在前两种去向中也不可避免的涉及到钚贮存的问题。钚的贮存主要有三种形式：一是金属钚；二是 粉末，此种形式主要作为中间产品，比如， 粉末可作为冶炼金属钚的原料，也可和 粉末机械混合制造 燃料。所以对 粉末的贮存主要是暂存；三是钚溶液，钚溶液可以是后处理厂最终得到的产品液，比如 产品液，此种形式的产品液和铀溶液共沉淀制备性能很高的 燃料。此外，钚溶液还可以是工艺运行过程中产生的不合格的产品液，停车或设施事故后倒空的含钚料液，或含钚酸置换液等等。

后处理厂分离的钚主要是 ，因此含钚材料在贮存时都要考虑核临界安全的问题，鉴于核临界安全方面的法规及标准的要求比较明确，这里不作讨论。除此之外，不同形式的钚材料在贮存时由于性质不同所带来的问题，下面将分别进行讨论。

基本原理金属钚的贮存钚是一种化学性质非常活泼的金属，它的易腐蚀性、自燃性以及辐射特性，使其在生产和贮存过程增加了很多困难，也带来诸多危害。影响金属钚贮存的主要因素有：

（1）钚金属的氧化：在室温空气中，钚的氧化速度取决于下列几个因素：①温度，温度越高氧化越快；②金属的表面积，表面积越大氧化速度越快，粉末状的钚金属在室温下能自燃；③氧浓度，由于金属钚的着火性能，为防止着火，必须用惰性气体稀释使空气中氧气含量降到5%以下；④空气中湿气和其它气态物质的含量；⑤合金元素的种类和加入量：⑥金属表面形成保护性的氧化层。在所有因素中，湿气对氧化速度的影响最大。

（2）钚与水的反应：贮存气氛中的水汽会加速钚的氧化，还能直接与金属钚发生反应。相对湿度越大，氧化速度越快。相对湿度接近于0时，其氧化速度比相对湿度为50%时要低100~1000倍。

（3）氢化物：氢化钚（ ）是由于水、有机材料和其它原因产生的氢使钚金属腐蚀而成的，氢化钚粉末在室温空气中能自燃。

（4）贮存容器中塑料和其它有机材料的辐射分解：钚的衰变能改变贮存容器中有机化合物的化学性质和分子结构，使贮存材料变性或使容器密封性降低。衰变所产生的 粒子或气溶胶与有机材料（例如塑料）相互作用，或气体与钚金属接触，使有机材料化学键断裂和产生气态产物。

（5）氦释放： 衰变以 （ 年）的速度产生氦气，导致贮存容器内压力增加。钚金属或合金的氧化引起材料的膨胀，产生的膨胀力能使贮存容器破裂。

PuO₂产品的贮存 是钚化合物中最重要的，对它的研究也最充分，它和 一样，具有一些很理想的性质，如熔点高、辐照稳定性好、易与其它金属混合以及容易制备。传统后处理厂得到的钚产品一般为 粉末，因为对于 粉末的贮存比金属钚的贮存简单、经济的多。

美国核材料安全防护委员会曾经将 分别封装在无螺口盖的塑料瓶和氮气气氛密封的安瓿瓶中，由燃料生产厂运输至新布伦士威克实验室（New Brunswick Laboratory，NBL），运输耗时7天，接收后存放38天。将两种容器内的中的 进行测定，发现其钚含量和运输前样品中的钚含量差别很小（约 ）。Wenzel等人指出，低温灼烧过的 极易吸收空气中的水分。如果 是在低于700℃的温度下灼烧而制得的话，在1%相对湿度的气氛中， 的重量在1h内增加约0.1%。在50%相对湿度的气氛中， 的重量在1h内增加约0.3%。在℃的温度下灼烧制得的，其吸湿能力很弱。由此可见，对的贮存不需要惰性气氛，但需注意的吸湿性能，因此应将贮存在密封的、干燥的气氛中。

若后处理厂与元件制造厂的厂址分离，后处理厂以粉末出厂运至元件制造厂比运输。溶液更简单、便宜、安全。如果MOX元件制造与后处理为一体化厂房，后处理厂的产品形式以硝酸钚溶液为好，既可省去草酸盐沉淀工序，又能取得高质量的MOX燃料。1