[科普中國]-核燃料后處理工程

內(nèi)容簡介

核燃料后處理是裂變核能可持續(xù)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本書可作為高等院校核工程專業(yè)、核化工專業(yè)、核燃料工程專業(yè)及環(huán)境保護專業(yè)的主干課教材，也可作為相關(guān)專業(yè)的選修課教材。1

圖書目錄第1章 緒論

1.1 核燃料循環(huán)

1.2 反應(yīng)堆乏燃料元件的基本特性

1.3 核燃料后處理的任務(wù)

1.4 核燃料后處理廠的特點

1.5 核燃料后處理工藝發(fā)展簡史

復(fù)習思考題

第2章 溶劑萃取工藝的化學原理

2.1 錒系元素與裂片元素的水溶液化學

2.2 磷酸三丁酯的萃取性能

2.3 有機溶劑的降解及其對萃取工藝的影響

2.4 多級逆流萃?。礈爝^程及其定量描述

復(fù)習思考題

第3章 核燃料元件的類型及后處理工藝的基本過程

3.1 不同類型反應(yīng)堆乏燃料元件對后處理工藝的影響

3.2 核燃料后處理工藝原理流程

3.3 乏燃料元件的運輸與貯存

復(fù)習思考題

第4章 乏燃料元件的首端處理

4.1 乏燃料元件的脫殼方法

4.2 乏燃料元件的首端處理

4.3 燃料芯體的溶解設(shè)備

4.4 鈾钚共萃取料液的制備

復(fù)習思考題

第5章 鈾钚共去污－分離循環(huán)

5.1 鈾钚共去污－分離工藝過程

5.2 鈾钚共萃取共去污1A槽（柱）

5.3 鈾钚分離1B槽（柱）

5.4 鈾的反萃取1C槽（柱）

復(fù)習思考題

第6章 钚的凈化循環(huán)和尾端處理

6.1 概述

6.2 钚的第二萃取凈化循環(huán)

6.3 草酸钚（Ⅳ）的沉淀

6.4 幾種沉淀钚的方法比較

6.5 草酸钚（Ⅳ）的煅燒

6.6 二氧化钚的性質(zhì)

6.7 鈾钚氧化物混合燃料的制備

6.8 工藝設(shè)備中聚積的草酸钚（Ⅳ）沉淀及含钚有機相的處理

復(fù)習思考題

第7章 鈾的凈化循環(huán)和尾端處理

7.1 概述

7.2 鈾的萃取凈化循環(huán)

7.3 硅膠吸附法凈化鈾

7.4 硝酸鈾酰的脫硝與還原

7.5 一步法脫硝－還原生產(chǎn)二氧化鈾

復(fù)習思考題

第8章 溶劑萃取循環(huán)的主要設(shè)備

8.1 對溶劑萃取設(shè)備的要求

8.2 混合澄清槽

8.3 脈沖萃取柱

8.4 離心萃取器

8.5 其他設(shè)備

復(fù)習思考題

第9章 放射性三廢的處理與處置

9.1 概述

9.2 放射性廢水的處理技術(shù)

9.3 高放廢液的綜合利用與最終處置

9.4 污溶劑的凈化與再生

9.5 放射性廢氣的處理

9.6 放射性固體廢物的處理與處置

復(fù)習思考題

附錄

參考文獻

核燃料后處理廠便于退役的新建優(yōu)化設(shè)計展望大型新建核放化工程便于退役總體基本思路這一問題的提出，是基于在我國的核工業(yè)走入迅速發(fā)展階段，新建核電、乏燃料后處理工程日新月異的形勢下，時代在發(fā)展、新形勢在逼人。核燃料后處理廠便于退役的標準和設(shè)計導(dǎo)則尚未出臺，由于沒有明確的要求作為設(shè)計遵循的依據(jù)和指導(dǎo)，具體設(shè)計實踐及要求的認識也沒有統(tǒng)一，以上問題迫在眉睫急待解決。2

國外同類型工程新建優(yōu)化設(shè)計經(jīng)驗概述國外掌握先進核燃料循環(huán)技術(shù)國家在發(fā)展退役事業(yè)中有兩個重要經(jīng)驗不容忽視，一方面針對現(xiàn)有核設(shè)施退役非常重視和發(fā)展退役相關(guān)技術(shù)，做好眼前工作；另一方面針對新建核設(shè)施非常重視將“設(shè)計特點導(dǎo)致的固有病癥”及
時反饋到前端的建造階段，提出退役預(yù)案，改進和優(yōu)化新建設(shè)計，為未來退役做好鋪墊和準備。經(jīng)驗表明很多“病
癥、頑疾”如果早期預(yù)防，其實是可以避免的。我國在核退役技術(shù)領(lǐng)域上的發(fā)展思路，亦可循此途徑追趕優(yōu)秀的退役理念和技術(shù)，通過引進、消化和吸收通過最終實現(xiàn)掌握技術(shù)，最終實現(xiàn)我們的目標。

國外在新建設(shè)計階段，都有退役專業(yè)、退役專家的參與，由退役人士提出設(shè)計要求，這種迭代和優(yōu)化設(shè)計的互動活動，對方便未來退役是非常必要和重要的。國外核燃料后處理廠新建優(yōu)化設(shè)計經(jīng)驗來源于最終退役獲得的經(jīng)驗反饋，設(shè)計和建造階段重點從廠址選擇、總平面布置、工藝設(shè)計、設(shè)備設(shè)計及輻射分區(qū)等方面出發(fā)，在確保工廠正常運行狀態(tài)的前提下，同時兼顧廠房考慮退役的便利性——從控制污染、減少受照劑量、便于源項調(diào)查、去污和拆除，以及有利于放射性廢物管理等退役內(nèi)容和要求上，提出具體的物資準備和應(yīng)預(yù)留的廠房條件。

國內(nèi)后處理廠退役難點及現(xiàn)狀分析我國大型核軍工設(shè)施退役治理專項工作已進展將近三十年，積累了不少退役方面設(shè)計、實施和管理方面的經(jīng)驗，同時也遇到了巨大的困難與挑戰(zhàn)。

早期核燃料后處理工程在眾多種類的核與輻射設(shè)施之中當屬退役難度大、且集中，其原因在于：（1）通常廠房布置緊湊，空間環(huán)境復(fù)雜；（2）工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜；（3）源項水平高、源分布不均勻且輻射場水平很高。上述因素導(dǎo)致人工難以接近，這些本身的困難加之新建設(shè)計又缺少對退役的考慮，這就等于雪上加霜、難上加難。

商用核燃料后處理廠今后退役將面臨同樣的問題，而且處境會更加惡劣，因為燃耗變深了，早期后處理廠處理的燃料元件輻照時間短，而動力堆的輻照時間長，且處理通過量較之前增大，這就帶來了放射性裂變產(chǎn)物的增多，比放射性活度更高，放射性后移給反應(yīng)堆后段的各項操作都帶來了更多、更大的困難，例如屏蔽防護體變厚了，隨之而來的是鋼筋混凝土更難拆了，工藝設(shè)備尺寸加大，設(shè)備機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之接觸的放射性水平更高，這將使強放射性區(qū)域設(shè)備的拆除難度增大，增加了遙控拆除操作的可能性。這些區(qū)域和設(shè)備應(yīng)該如何退役，沒有相應(yīng)的退役預(yù)案。

核燃料后處理廠新建優(yōu)化設(shè)計展望（1）新建優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)途徑

針對新建后處理廠便于退役的考慮，該如何納入現(xiàn)行設(shè)計程序。首先，應(yīng)立足于退役經(jīng)驗，由退役專業(yè)向新建各專業(yè)介紹退役概念，以及如何做好工程退役。其次，退役專業(yè)提出新建設(shè)計便于退役的總體內(nèi)容與要求，使新建后處理設(shè)計的科技工作者熟悉如何方便退役的設(shè)計思路和要求，在此基礎(chǔ)上開展新建設(shè)計。之后，在退役專業(yè)取得新建設(shè)計方案后，制定相應(yīng)的退役預(yù)案，最后向新建設(shè)計主工藝及相關(guān)專業(yè)提出具體的優(yōu)化設(shè)計要求，對建設(shè)方案進行優(yōu)化、改進。如此經(jīng)過迭代設(shè)計的過程，最終實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化。

針對后處理工程建設(shè)方案的內(nèi)容與要求。建設(shè)內(nèi)容應(yīng)包含有利于方便最終退役的物資或現(xiàn)場條件的提供及準
備。如果工廠在設(shè)計與建造階段不具備該現(xiàn)場條件，將導(dǎo)致最終退役困難，則應(yīng)當在工程初期提供條件，并包含對此類事項的考慮。為了確保上述現(xiàn)場條件、物資等事項盡可能的考慮周全，因此建議在建設(shè)方案中應(yīng)當包括與放射性子項、系統(tǒng)與設(shè)備相對應(yīng)的退役方案。新建設(shè)計中包含的退役方案建議稱為退役預(yù)案，因為此時尚沒有真正的源項作為基準，設(shè)施也不是最終的退役狀態(tài)。為了便于提出明確、且可行的優(yōu)化設(shè)計要求，制定退役預(yù)案的內(nèi)容和深度，建議與退役初步設(shè)計階段編制的實施方案的內(nèi)容與深度相等同。

針對新建設(shè)施便于退役的優(yōu)化設(shè)計在時機選擇上應(yīng)如何考慮。借鑒國外便于退役的優(yōu)化設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合我國核燃料后處理建設(shè)項目審批程序和設(shè)計程序，建議我國核燃料后處理廠新建設(shè)計便于退役的優(yōu)化設(shè)計時機應(yīng)在項目可行性研究階段，且不應(yīng)遲于該階段開展便于退役的優(yōu)化設(shè)計工作，從而確保諸如投資、面積等關(guān)鍵性指標涵蓋設(shè)計優(yōu)化的內(nèi)容。

（2）確定新建優(yōu)化設(shè)計的原則

以上探討給出了核燃料后處理廠優(yōu)化設(shè)計的一種實現(xiàn)途徑，可融入到現(xiàn)行的核放化類工程的新建設(shè)計與策劃程序中。為了確定便于退役新建設(shè)計的總體內(nèi)容與要求，進而需要確定總體設(shè)計的原則與界面。

便于退役的優(yōu)化設(shè)計第一原則：優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容與要求應(yīng)當確保設(shè)施具備良好的工藝運行功能，這是前提，使設(shè)施具備便于退役的功能和條件在任何情況下都應(yīng)當服從于這個先決條件。在迭代設(shè)計過程中，要平衡處理好這兩種功能相互矛盾的關(guān)系，不能作簡單的加減法取舍，由于工程需求始終牽引方案的導(dǎo)向，因此，要研究后處理廠設(shè)計方法，將優(yōu)化設(shè)計的總體要求看作是更為可取的設(shè)計實踐。

便于退役的優(yōu)化設(shè)計第二原則：針對那些如果在建造階段未考慮包含的事項或未提供廠房條件，將會給未來退役造成難以解決的問題或困難，建議應(yīng)當對此類內(nèi)容開展便于退役的優(yōu)化設(shè)計。針對那些如果建造階段未考慮，但不會影響未來退役難以開展工作的事項或廠房條件，建議應(yīng)當由退役階段考慮。只有在優(yōu)化設(shè)計原則中給出劃分建設(shè)與退役二者之間界面的判據(jù)，才能理清和解決優(yōu)化設(shè)計涵蓋范圍容易糾纏不清的關(guān)系。

便于退役的優(yōu)化設(shè)計原則還應(yīng)當遵循ALARA（合理可行且盡量低）原則、廢物最小化原則、易于去污和便于
拆除原則等，具體原則落實在設(shè)計團隊各相關(guān)專業(yè)的設(shè)計之中。

（3）確定新建優(yōu)化設(shè)計的總體內(nèi)容和要求

針對后處理廠建造和設(shè)計階段便于退役的總體內(nèi)容與要求，如何確定。對早期遺留后處理廠退役典型的難點區(qū)域進行剖析，如：強放設(shè)備室，大型廢液貯槽，管道與管溝，箱室類設(shè)備等，發(fā)現(xiàn)上述廠房區(qū)域或工藝裝備在退役時采用遙控拆除的可能性較大，隨之帶來拆除技術(shù)的復(fù)雜程度顯著增大。除此以外，廠房的其它區(qū)域，在以往退役實踐中，也都暴露了一些設(shè)計特點引起的困難，為了給日后退役涉及的源項調(diào)查、廢物回取、系統(tǒng)去污和設(shè)備拆除時提供便利條件，結(jié)合上述退役活動各環(huán)節(jié)常采用的技術(shù)路線、退役裝備及操作工藝，對下述內(nèi)容提出優(yōu)化設(shè)計要求：

廠區(qū)周邊環(huán)境（廠房外的周邊環(huán)境；廠房外空地；地下通道和地下結(jié)構(gòu)空間；屋頂和墻面；廠房內(nèi)部和建筑結(jié)構(gòu)）。

廠房內(nèi)部（有毒有害物質(zhì)的使用情況；大型/重型設(shè)備的布置；屏蔽墻和防護樓板）。

系統(tǒng)和設(shè)備（停閉過渡期的系統(tǒng)狀態(tài)；切斷公用、服務(wù)系統(tǒng)與其他設(shè)施的聯(lián)系；管道和管溝；貯槽；沉淀物聚集區(qū)；分析實驗室；箱室類設(shè)備；熱室；設(shè)備室）。

污染控制（墻、地面和頂棚；地坑和排水；可去污的能力）。

源項調(diào)查。

以上給出了優(yōu)化設(shè)計總體思路的內(nèi)容框架，在設(shè)計和策劃實踐中可結(jié)合新建后處理工程內(nèi)容在此基礎(chǔ)上調(diào)整增減。