模拟乏燃料的氧化挥发首端工艺研究

谈存敏，陈德胜,3，王洁茹,3,4，黄清钢，曹石巍，秦 芝,*

1.中国科学院 近代物理研究所，甘肃 兰州 730000；2.先进能源科学与技术广东省实验室，广东 惠州 516000；3.中国科学院大学 核科学与技术学院，北京 100000；4.兰州大学 核科学与技术学院，甘肃 兰州 730000

作为一种安全清洁的高效能源，裂变核能已成为全球电力供应中不可缺少的组成部分。然而，核电反应堆在源源不断发电的同时，每年也会产生几乎与最初燃料同等质量的乏燃料。由于其中依然含有高达95%的可再利用的铀原料，并生成了能够对地球生物和人类环境造成巨大危害的长寿命裂变子体，因此乏燃料的处理处置已经成为制约核能发展的关键问题之一。为了保持核能的可持续发展，充分提高核燃料的利用率，研究者在核能发展之初就提出了发展闭式核燃料循环的策略。即通过乏燃料传统水法或新型干法后处理流程，回收其中可利用的U、Pu和次锕系元素(MAs)的过程，从而实现核燃料的高效利用及放射性废物毒性和体量的最小化[1-2]。

根据现有压水堆乏燃料的结构，未燃烧殆尽的UO2陶瓷芯块首先需要与耐腐蚀的包壳锆管分离，才能进入后处理分离的主流程循环，这一过程也称为乏燃料的首端工艺。目前在大型水法后处理厂中，通常将乏燃料元件剪切成2～3 cm的短段，然后置于沸腾或者近沸腾的浓硝酸中将UO2溶解，移去不溶的锆包壳后，可采用经典的PUREX流程对铀钚燃料进行回收。但是，这一后处理首端工艺对剪切机刀头材料耐磨性能和机械部件的可靠性、以及容器的耐腐蚀和安全性均提出了极高的要求[3]。……