日本和美国研究了喷射粉碎机粉碎碳化硅的方法,不需要尾气处理、过程比较稳定,对设备的腐蚀不明显,具有较好发展前景,缺点是碳化硅对设备磨损严重 。
高温气冷堆乏燃料后处理中物料分离技术主要有机械分离法与化学反应法 。常用机械分离技术为旋风器分离,化学反应技术则分为碳酸盐法 、液相氧化法 、卤盐法和氟化法等 。这些方法都是近20年内提出的实验研究方法,主要原理为碳化硅通过氧化还原等物理化学变化达到分离的效果 。目前,上述方法大都停留在实验室研究阶段 。
我国高温气冷堆乏燃料后处理的策略选择为实现我国核能利用的可持续发展,我国采取闭式核燃料循环模式 。但是,国内外都未建立高温气冷堆乏燃料的后处理再循环流程(也称“闭式”核燃料循环),目前我国尚不具备高温气冷堆的乏燃料后处理能力 。为此,需要根据国际形势的变化和技术的发展进行决策,下面提出几点战略思考:
一、尽快开展高温气冷堆乏燃料后处理的整体规划研究
基于我国积极稳妥发展核电的政策,未来乏燃料的暂存压力将持续增大,在当前核资源紧缺、环境成本陡升的国际、国内背景下,我国高温气冷堆乏燃料迫切需要先进、安全、资源循环的后处理技术 。发展后处理工业是保证我国核电事业可持续发展的重要环节 。
结合我国国情和国内高温气冷堆乏燃料后处理的技术水平,近期采用暂存方式,并开展暂存技术的开发研究;中期规划高温气冷堆乏燃料的石墨分离、烧蚀减容技术,碳化硅的分离技术;中长期规划根据高温气冷堆乏燃料后处理的特点,建立高温气冷堆乏燃料的首端处理工艺(石墨及碳化硅分离减容)流程,并建立中试生产线,此外,研究高温气冷堆乏燃料在石墨及碳化硅分离减容后的乏燃料与Purex工艺流程的衔接,适时开展商用后处理大厂的建设 。
二、积极开展高温气冷堆乏燃料元件分离减容和后处理流程适应性研究
高温气冷堆乏燃料元件结构复杂,相对于压水堆,高温气冷堆燃料的燃耗深、裂变产物复杂,需积极开展高温气冷堆乏燃料元件的分离减容研究,比如石墨分离技术研究、碳化硅分离技术研究、气体及飞灰固废处理技术研究 。
高温气冷堆乏燃料元件在经过破碎、旋分、焚烧等步骤之后获得氧化铀组分,在氧化铀进入Purex工艺之前需要用王水溶解 。由于燃耗深、放射性强、裂片产物多等,需对传统的Purex流程进行适应性研究,包括铀钚共萃、一循环、二循环、高放废液处理等工艺环节的适应性研究 。除了Purex流程,开展其他先进的乏燃料后处理工艺研究,比如干法、超临界流体萃取等,也是可以考虑的路径 。
三、配套高温气冷堆乏燃料后处理,适时启动乏燃料商用后处理大厂的建设
高温气冷堆乏燃料经过石墨分离烧蚀,碳化硅热解层分离后,剩余部分的后处理与压水堆乏燃料的后处理基本相同,均可采用Purex工艺流程 。然而,当前我国乏燃料后处理技术相对落后,不能完全满足我国核电发展的需要 。国家一直支持相关的研究并取得了一定的成果,尽管如此,乏燃料后处理技术仍存在很多问题,后处理道路任重而道远 。
为了与我国核电发展配套,确保核能的可持续发展,必须进一步加大我国后处理技术研究开发力度,适时启动乏燃料商用后处理大厂的建设,逐步使我国在后处理技术、装备和能力等方面能够赶上世界先进水平,从而取得参与国际合作与竞争的主动权 。
总之,在大力推进高温气冷堆产业化的同时,需要加大对高温气冷堆乏燃料后处理技术的长远规划与研究 。这样可以充分利用铀资源,提高核能经济性,保障核能可持续发展,同时维护环境安全,实现核能洁净化 。
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