[科普中国]-核燃料后处理工程

内容简介

核燃料后处理是裂变核能可持续利用的关键环节。本书可作为高等院校核工程专业、核化工专业、核燃料工程专业及环境保护专业的主干课教材，也可作为相关专业的选修课教材。1

图书目录第1章 绪论

1.1 核燃料循环

1.2 反应堆乏燃料元件的基本特性

1.3 核燃料后处理的任务

1.4 核燃料后处理厂的特点

1.5 核燃料后处理工艺发展简史

复习思考题

第2章 溶剂萃取工艺的化学原理

2.1 锕系元素与裂片元素的水溶液化学

2.2 磷酸三丁酯的萃取性能

2.3 有机溶剂的降解及其对萃取工艺的影响

2.4 多级逆流萃取－洗涤过程及其定量描述

复习思考题

第3章 核燃料元件的类型及后处理工艺的基本过程

3.1 不同类型反应堆乏燃料元件对后处理工艺的影响

3.2 核燃料后处理工艺原理流程

3.3 乏燃料元件的运输与贮存

复习思考题

第4章 乏燃料元件的首端处理

4.1 乏燃料元件的脱壳方法

4.2 乏燃料元件的首端处理

4.3 燃料芯体的溶解设备

4.4 铀钚共萃取料液的制备

复习思考题

第5章 铀钚共去污－分离循环

5.1 铀钚共去污－分离工艺过程

5.2 铀钚共萃取共去污1A槽（柱）

5.3 铀钚分离1B槽（柱）

5.4 铀的反萃取1C槽（柱）

复习思考题

第6章 钚的净化循环和尾端处理

6.1 概述

6.2 钚的第二萃取净化循环

6.3 草酸钚（Ⅳ）的沉淀

6.4 几种沉淀钚的方法比较

6.5 草酸钚（Ⅳ）的煅烧

6.6 二氧化钚的性质

6.7 铀钚氧化物混合燃料的制备

6.8 工艺设备中聚积的草酸钚（Ⅳ）沉淀及含钚有机相的处理

复习思考题

第7章 铀的净化循环和尾端处理

7.1 概述

7.2 铀的萃取净化循环

7.3 硅胶吸附法净化铀

7.4 硝酸铀酰的脱硝与还原

7.5 一步法脱硝－还原生产二氧化铀

复习思考题

第8章 溶剂萃取循环的主要设备

8.1 对溶剂萃取设备的要求

8.2 混合澄清槽

8.3 脉冲萃取柱

8.4 离心萃取器

8.5 其他设备

复习思考题

第9章 放射性三废的处理与处置

9.1 概述

9.2 放射性废水的处理技术

9.3 高放废液的综合利用与最终处置

9.4 污溶剂的净化与再生

9.5 放射性废气的处理

9.6 放射性固体废物的处理与处置

复习思考题

附录

参考文献

核燃料后处理厂便于退役的新建优化设计展望大型新建核放化工程便于退役总体基本思路这一问题的提出，是基于在我国的核工业走入迅速发展阶段，新建核电、乏燃料后处理工程日新月异的形势下，时代在发展、新形势在逼人。核燃料后处理厂便于退役的标准和设计导则尚未出台，由于没有明确的要求作为设计遵循的依据和指导，具体设计实践及要求的认识也没有统一，以上问题迫在眉睫急待解决。2

国外同类型工程新建优化设计经验概述国外掌握先进核燃料循环技术国家在发展退役事业中有两个重要经验不容忽视，一方面针对现有核设施退役非常重视和发展退役相关技术，做好眼前工作；另一方面针对新建核设施非常重视将“设计特点导致的固有病症”及
时反馈到前端的建造阶段，提出退役预案，改进和优化新建设计，为未来退役做好铺垫和准备。经验表明很多“病
症、顽疾”如果早期预防，其实是可以避免的。我国在核退役技术领域上的发展思路，亦可循此途径追赶优秀的退役理念和技术，通过引进、消化和吸收通过最终实现掌握技术，最终实现我们的目标。

国外在新建设计阶段，都有退役专业、退役专家的参与，由退役人士提出设计要求，这种迭代和优化设计的互动活动，对方便未来退役是非常必要和重要的。国外核燃料后处理厂新建优化设计经验来源于最终退役获得的经验反馈，设计和建造阶段重点从厂址选择、总平面布置、工艺设计、设备设计及辐射分区等方面出发，在确保工厂正常运行状态的前提下，同时兼顾厂房考虑退役的便利性——从控制污染、减少受照剂量、便于源项调查、去污和拆除，以及有利于放射性废物管理等退役内容和要求上，提出具体的物资准备和应预留的厂房条件。

国内后处理厂退役难点及现状分析我国大型核军工设施退役治理专项工作已进展将近三十年，积累了不少退役方面设计、实施和管理方面的经验，同时也遇到了巨大的困难与挑战。

早期核燃料后处理工程在众多种类的核与辐射设施之中当属退役难度大、且集中，其原因在于：（1）通常厂房布置紧凑，空间环境复杂；（2）工艺设备结构复杂；（3）源项水平高、源分布不均匀且辐射场水平很高。上述因素导致人工难以接近，这些本身的困难加之新建设计又缺少对退役的考虑，这就等于雪上加霜、难上加难。

商用核燃料后处理厂今后退役将面临同样的问题，而且处境会更加恶劣，因为燃耗变深了，早期后处理厂处理的燃料元件辐照时间短，而动力堆的辐照时间长，且处理通过量较之前增大，这就带来了放射性裂变产物的增多，比放射性活度更高，放射性后移给反应堆后段的各项操作都带来了更多、更大的困难，例如屏蔽防护体变厚了，随之而来的是钢筋混凝土更难拆了，工艺设备尺寸加大，设备机械结构复杂，加之接触的放射性水平更高，这将使强放射性区域设备的拆除难度增大，增加了遥控拆除操作的可能性。这些区域和设备应该如何退役，没有相应的退役预案。

核燃料后处理厂新建优化设计展望（1）新建优化设计的实现途径

针对新建后处理厂便于退役的考虑，该如何纳入现行设计程序。首先，应立足于退役经验，由退役专业向新建各专业介绍退役概念，以及如何做好工程退役。其次，退役专业提出新建设计便于退役的总体内容与要求，使新建后处理设计的科技工作者熟悉如何方便退役的设计思路和要求，在此基础上开展新建设计。之后，在退役专业取得新建设计方案后，制定相应的退役预案，最后向新建设计主工艺及相关专业提出具体的优化设计要求，对建设方案进行优化、改进。如此经过迭代设计的过程，最终实现设计优化。

针对后处理工程建设方案的内容与要求。建设内容应包含有利于方便最终退役的物资或现场条件的提供及准
备。如果工厂在设计与建造阶段不具备该现场条件，将导致最终退役困难，则应当在工程初期提供条件，并包含对此类事项的考虑。为了确保上述现场条件、物资等事项尽可能的考虑周全，因此建议在建设方案中应当包括与放射性子项、系统与设备相对应的退役方案。新建设计中包含的退役方案建议称为退役预案，因为此时尚没有真正的源项作为基准，设施也不是最终的退役状态。为了便于提出明确、且可行的优化设计要求，制定退役预案的内容和深度，建议与退役初步设计阶段编制的实施方案的内容与深度相等同。

针对新建设施便于退役的优化设计在时机选择上应如何考虑。借鉴国外便于退役的优化设计经验，结合我国核燃料后处理建设项目审批程序和设计程序，建议我国核燃料后处理厂新建设计便于退役的优化设计时机应在项目可行性研究阶段，且不应迟于该阶段开展便于退役的优化设计工作，从而确保诸如投资、面积等关键性指标涵盖设计优化的内容。

（2）确定新建优化设计的原则

以上探讨给出了核燃料后处理厂优化设计的一种实现途径，可融入到现行的核放化类工程的新建设计与策划程序中。为了确定便于退役新建设计的总体内容与要求，进而需要确定总体设计的原则与界面。

便于退役的优化设计第一原则：优化设计内容与要求应当确保设施具备良好的工艺运行功能，这是前提，使设施具备便于退役的功能和条件在任何情况下都应当服从于这个先决条件。在迭代设计过程中，要平衡处理好这两种功能相互矛盾的关系，不能作简单的加减法取舍，由于工程需求始终牵引方案的导向，因此，要研究后处理厂设计方法，将优化设计的总体要求看作是更为可取的设计实践。

便于退役的优化设计第二原则：针对那些如果在建造阶段未考虑包含的事项或未提供厂房条件，将会给未来退役造成难以解决的问题或困难，建议应当对此类内容开展便于退役的优化设计。针对那些如果建造阶段未考虑，但不会影响未来退役难以开展工作的事项或厂房条件，建议应当由退役阶段考虑。只有在优化设计原则中给出划分建设与退役二者之间界面的判据，才能理清和解决优化设计涵盖范围容易纠缠不清的关系。

便于退役的优化设计原则还应当遵循ALARA（合理可行且尽量低）原则、废物最小化原则、易于去污和便于
拆除原则等，具体原则落实在设计团队各相关专业的设计之中。

（3）确定新建优化设计的总体内容和要求

针对后处理厂建造和设计阶段便于退役的总体内容与要求，如何确定。对早期遗留后处理厂退役典型的难点区域进行剖析，如：强放设备室，大型废液贮槽，管道与管沟，箱室类设备等，发现上述厂房区域或工艺装备在退役时采用遥控拆除的可能性较大，随之带来拆除技术的复杂程度显著增大。除此以外，厂房的其它区域，在以往退役实践中，也都暴露了一些设计特点引起的困难，为了给日后退役涉及的源项调查、废物回取、系统去污和设备拆除时提供便利条件，结合上述退役活动各环节常采用的技术路线、退役装备及操作工艺，对下述内容提出优化设计要求：

厂区周边环境（厂房外的周边环境；厂房外空地；地下通道和地下结构空间；屋顶和墙面；厂房内部和建筑结构）。

厂房内部（有毒有害物质的使用情况；大型/重型设备的布置；屏蔽墙和防护楼板）。

系统和设备（停闭过渡期的系统状态；切断公用、服务系统与其他设施的联系；管道和管沟；贮槽；沉淀物聚集区；分析实验室；箱室类设备；热室；设备室）。

污染控制（墙、地面和顶棚；地坑和排水；可去污的能力）。

源项调查。

以上给出了优化设计总体思路的内容框架，在设计和策划实践中可结合新建后处理工程内容在此基础上调整增减。