注冊(cè)核安全工程師考前培訓(xùn)課件綜合第五章4567節(jié)(編輯修改稿)
2025-02-27 16:22 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。一座 1GW的 PWR核電機(jī)組每年補(bǔ)充新燃料約 24tLEU， 在堆內(nèi)使用 3—5a。 燃料組件在堆內(nèi)處于強(qiáng)中子場(chǎng)中，經(jīng)受高溫、高壓、高流速冷卻劑的沖刷，同時(shí)承受裂變產(chǎn)物化學(xué)作用和復(fù)雜的機(jī)械載荷，工作條件十分苛刻，要求有高度的可靠性和安全性。 33 一、核燃料組件簡(jiǎn)述（續(xù)） 燃料組件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的 技術(shù)要求 ： ? 燃料芯塊和包殼的溫度絕不允許超過(guò)其熔點(diǎn)，且留有安全裕度。 ? 包殼應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，最大容許應(yīng)變量不超過(guò) 1%。 ? 包殼的最大腐蝕深度應(yīng)低于壁厚的 10%。 ? 包殼內(nèi)的氣體壓力應(yīng)與外部壓力值相近。 ? 包殼的吸氫量低，因過(guò)量氫能使鋯合金包殼脆化破損。 34 二 、制造工藝： UO2粉末、芯塊、棒、組件 ⑴ 化工轉(zhuǎn)化－制備 UO2粉末（包括干法濕法） 干法濕法比較： ? 重鈾酸銨（ ADU） 工藝 —原料既可是 UF6也可是 UO2(NO3) 2， 可回收廢料，缺點(diǎn)是流程長(zhǎng)，產(chǎn)生大量廢水，產(chǎn)品組成復(fù)雜，粉末再現(xiàn)性不好，氟含量高等。 ? 一體化干法（ IDR） 工藝 —將 UF6送入回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器，入口處與部分水蒸汽 形成 UO2F2， 再與 H2和蒸汽逆流反應(yīng)生成 UO2粉末。工序短，產(chǎn)量大，廢液量極少，轉(zhuǎn)化在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)完成，生產(chǎn)可連續(xù)化、自動(dòng)化， UO2粉末壓制燒結(jié)性能好，尾氣中的 HF易回收等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是粉末流動(dòng)性差，需要制粒工序，不能 處理 UO2 (NO3) 2來(lái)料。 35 二 、核燃料組件的制造工藝（續(xù)） UF6制備 UO2粉末的 濕法工藝 過(guò)程： ① UF6氣化 ② 水解生成 UO2F2 ③ 沉淀 —用過(guò)量氨水沉淀成多種鈾酸鹽 ADU（ 控制條件： T、 pH、 濃度、反應(yīng)時(shí)間） ④ 過(guò)濾和洗滌 ADU除氟 ⑤ 干燥 —使 ADU含水降到 10%以下。 ⑥ 分解、還原和脫氟 —在回轉(zhuǎn)爐內(nèi) ADU煅燒分解，用氫還原成 UO2粉末，用水蒸氣除氟。 ADU沉淀?xiàng)l件和分解、還原工藝參數(shù)是制備適宜性能 UO2粉末的關(guān)鍵。 36 二 、核燃料組件的制造工藝 （續(xù)） ⑵ UO2芯塊制備 ? 先合批勻化，再制粒、壓塊、破碎和篩分，按規(guī)定粒度配比，使粉末有好的流動(dòng)性。 ? 芯塊壓制，生坯在旋轉(zhuǎn)壓機(jī)或多沖頭壓機(jī)上等壓壓制。 ? 芯塊燒結(jié)，采用連續(xù)燒結(jié)爐，把生坯放在鉬舟中，再將鉬舟連續(xù)送入有還原氣氛 (氫氣 )的燒結(jié)爐中燒結(jié)（溫度 1700℃ ） ? 芯塊磨削，保證外形尺寸和表面光潔度，再經(jīng)清洗干燥、外觀完整性檢查 。 37 二 、核燃料組件的制造工藝（續(xù)） （ 3） 燃料元件棒制備 ? 主要工序：鋯合金管準(zhǔn)備、下端塞焊接、裝入芯塊、彈簧和隔熱塊、上端塞焊接、充氦和堵孔焊接。 ? 鋯合金管入廠復(fù)驗(yàn)，用電子束或鎢極保護(hù)氣體 (TIG)焊接端塞，再在 150186。C下經(jīng) 1—2h烘干。芯塊裝管采用機(jī)械化自動(dòng)裝管工藝，也可手工裝管。 ? 焊接質(zhì)量采用超聲檢測(cè)和 X光透射檢測(cè)。 ? 組裝好的元件棒要經(jīng)過(guò)芯塊間隔檢查和同位素豐度檢查。 38 39 二 、核燃料組件的制造工藝（續(xù)） （４） 組件零部件制造 ? 元件棒端塞、上下管座、定位格架和控制棒導(dǎo)向管等的制造。 ? 上下管座由低鈷不誘鋼制成。座面上導(dǎo)向管的位置公差要求嚴(yán)格。用精密程控加工。 ? 定位格架的彈簧和條帶采用雙金屬格架，加工工藝有條帶沖制、彈簧成型和焊接（用接觸電阻焊將彈簧與格架條帶焊接，組裝成型后再用釬焊或激光焊接方法將條帶焊接在一起組成格架）。 40 二 、核燃料組件的制造工藝（續(xù)） ⑸ 組件組裝 ? 壓水堆燃料組件全長(zhǎng) 4－ 5m， 重量 550－ 670kg， 是大型而又精密的高技術(shù)產(chǎn)品。 ? 組件的組裝包括骨架組裝和拉棒或推棒。先把格架和控制棒導(dǎo)向管點(diǎn)焊組成組件骨架，再將燃料棒拉（或推）入骨架。要注意防止棒被劃傷。 ? 組裝的最后工序是將上下管座與裝好燃料棒的骨架用導(dǎo)向管連接起來(lái)。 41 第七節(jié) 乏燃料及其后處理 一、乏燃料的特性 ? “乏燃料” 定義：在核反應(yīng)堆內(nèi)使用（輻照）達(dá)到計(jì)劃的卸料比燃耗后，自反應(yīng)堆內(nèi)卸出且不再在該堆中使用的核燃料。乏燃料中有大量裂變產(chǎn)物、次錒系元素、剩余的鈾和新生成的易裂變物質(zhì)。 ? 裂變產(chǎn)物有 36種元素，其原子序號(hào)自 30（鋅）至 65（鋱），質(zhì)量數(shù)從 72至 161。核素有二三百種之多。 ? 裂變產(chǎn)物少部分是穩(wěn)定的，大多具有強(qiáng) β/γ放射性，但相當(dāng)多的核素半衰期極短，而產(chǎn)額較大而半衰期又適中（或更長(zhǎng)）且對(duì)乏燃料隨后的工藝具有重要意義的有： 3H、 85Kr、 129,131I、 133Xe（ 以上為氣態(tài)）和 90Sr、95Zr、 95Nb、 99Tc、 103,106Ru、 137Cs、 144Ce、 147Pm、151Sm等。 42 一、乏燃料的特性（續(xù)） ? 錒系產(chǎn)物由鈾同位素中子俘獲反應(yīng)（有時(shí)伴隨衰變）而生成，最重要的是钚的各種同位素，尤以239Pu為主，其他產(chǎn)物有镎、镅、鋦等（又稱“次錒系元素”）。各核素的產(chǎn)額隨其電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)的增加而減少。大多具有半衰期較長(zhǎng)的 α/γ放射性，而且伴有一定的中子發(fā)射率。 ? 乏燃料本身會(huì)發(fā)出各種極強(qiáng)的 射線和中子 ，并由此伴隨 放出熱量 。此外，還具有生物毒性。 43 二、乏燃料貯存 目的：使短半衰期放射性核素衰變（“冷卻”），并帶走其衰變熱。 (1) 顯著降低其放射性水平。剛停堆時(shí)放射性比活度極高，貯存初期放射性衰減很快，但經(jīng) 5a冷卻后衰減就大為變慢。這對(duì)隨后的運(yùn)輸及后處理有重要意義。 (2) 確保轉(zhuǎn)換成易裂變物質(zhì)。某些可轉(zhuǎn)換的核素吸收中子后生成的中間產(chǎn)物須有足夠的衰變時(shí)間才能完全轉(zhuǎn)化為易裂變物質(zhì)。 (3) 讓某些放射性很強(qiáng)的鈾同位素衰變。為使 237U衰減到與天然鈾相當(dāng)?shù)姆派湫运剑话阈枥鋮s 160－ 180d。 貯存時(shí)間除上述考慮外，還要兼顧貯存裝置的容量、乏燃料積存對(duì)燃料循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的影響以及適宜后處理的時(shí)機(jī)。輕水堆乏燃料在反應(yīng)堆現(xiàn)場(chǎng)至少貯存一年才被運(yùn)出。 44 二、乏燃料貯存（續(xù)） ? 按貯存設(shè)施的所在地分為：“在堆貯存”指在反應(yīng)堆現(xiàn)場(chǎng)；“離堆貯存”指將乏燃料運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)離反應(yīng)堆的地方（通常是后處理廠廠址）集中貯存。 ? 絕大部分貯存方式采用“濕式”，即將乏燃料存放于水池內(nèi)的格架上。池水既可起放射性屏蔽隔離作用，又可帶走乏燃料的熱量。須配備池水處理系統(tǒng)和熱交換系統(tǒng)；貯存時(shí)間可長(zhǎng)達(dá) 20－ 30a。還開發(fā)了“干式”貯存，包括干井、金屬或混凝土容器、土圓倉(cāng)、地窖等，貯存時(shí)間可更長(zhǎng)（ 50－ 100a）。 45 二、乏燃料貯存（續(xù)） 乏燃料濕式貯存的 安全性 ? 水池結(jié)構(gòu)的完整性。應(yīng)保證在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生地震時(shí)仍能結(jié)構(gòu)完好；卸料水池底部要有良好的吸震性能，以免萬(wàn)一發(fā)生容器墜落，水池的不銹鋼覆面仍不破損。 ? 確保乏燃料處于次臨界狀態(tài)。盡可能使乏燃料排列緊密，但要注意核臨界安全。往
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