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第四代核能发展的困境(5)

北极星电力网技术频道    作者:杜铭海   2011/2/10 13:52:35   

 关键词:  核能

到目前为止,过去、现在运行的所有快堆使用的燃料组件都不含或不完全含MA。(俄罗斯快堆使用浓缩铀燃料,MOX燃料还在试用阶段)。因此,燃料元件生产厂使用的原料,是后处理厂从乏燃料中提取的钚同位素和浓缩尾料(贫铀)。采用的工艺与天然铀或浓缩铀燃料元件大体相同,但芯块生产等与原料接触的工序要在手套箱内操作。如果原料含部分MA,则需在防辐射(伽玛、中子)屏蔽的热室内用机械手遥控操作,以保护工作人员的健康和安全。

问题在于,含部分或全部MA的均匀燃料棒或异质嬗变靶件制作工艺还处在实验阶段。某些元素成分的工艺损失、对加工工艺的影响、与包壳材料的相互作用还不清楚或需要堆内实验验证。即使实验证实问题可以解决,还必须要有大量加工和长期辐照试验计划,必须开发与热室操作一致的大规模遥控加工工艺 [34,35]。某些嬗变靶件要经过多次再循环(间隔6年),花费几十年才能使其放射毒性降低到百分之一以下[22]。

问题还在于,含钚、特别是含MA的燃料,成分复杂、毒性很大、工艺复杂,燃料性能与时间要求密切相关。很担心,即使固体燃料生产、堆内使用和后处理各个环节上一切顺利解决,也不适宜大规模部署分散的堆-化分离的快堆系统。


图中测量的是在热室内干法浇铸的燃料芯棒
(METALLIC FUELS,INL,NUCLEARFUELS & MATERIALS SPOTLIGHT,March 2009)

固体燃料,唯一的例外可能是铀-233/钍燃料循环。因为循环燃料组分简单,U-233寿期很长,其它易裂变重核素很少,燃料性能与时间关系不大,固体燃料概念仍可继续采用。毕竟固体燃料有许多的优势。但制作过程必须在厚重屏蔽的热室内进行,因为存在U-232及衰变子体的强伽玛辐射。目前印度坚持这种技术,扬言2050年核电装机超过美国与中国核电的“总和”,可能“不无道理”。因为印度人深谙钍的属性[36]。

固体燃料“循环”很尴尬。生产过程几乎是最复杂的系统工程,成为尖端“设备”制造。反复地精心制作-入堆“燃烧”-出堆冷却-解体-切割-后处理,循环过程产生大量结构材料废物,包壳作高放废物处理,显得过程极不合理,成本也很高。有人指出,处理固体燃料是个“恶性”封闭循环,或者是咬住固体燃料概念的“陷阱”[37]。

现在,传统的固体燃料是实现核能系统“完全”闭环的最大障碍。

来源:

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