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日本计划2021年清理核燃料残渣 核燃料是什么东西?

  • 2019年12月3日 LiuMingYue来源:时差视频微博 331 14
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据了解核电站里面都会有核燃料残渣,这种核燃料残渣是需要清理的,而近日日本计划2021年清理核燃料残渣。12月2日,日本政府制定新计划,2021年将会开始清理福岛第一核电站2号机内的核燃料残渣。

据了解核电站里面都会有核燃料残渣,这种核燃料残渣是需要清理的,而近日日本计划2021年清理核燃料残渣。12月2日,日本政府制定新计划,2021年将会开始清理福岛第一核电站2号机内的核燃料残渣。同时表示希望在2031年前移出1到6号机所有的核燃料棒,目前,4号机组的核燃料棒已全部取出,3号机组的搬出作业已于4月开始。

核燃料是什么东西

核燃料(nuclear fuel),可在核反应堆中通过核裂变或核聚变产生实用核能的材料。重核的裂变和轻核的聚变是获得实用铀棒核能的两种主要方式。铀233、铀235 铀238,和钚239是能发生核裂变的核燃料,又称裂变核燃料;氘和氚等能发生核聚变的核燃料,又称聚变核燃料。

核燃料(nuclear fuel),可在核反应堆中通过核裂变或核聚变产生实用核能的材料。重核的裂变和轻核的聚变是获得实用铀棒核能的两种主要方式。铀235、铀238和钚239是能发生核裂变的核燃料,又称裂变核燃料。其中铀235存在于自然界,而铀233、钚239则是钍232和铀238吸收中子后分别形成的人工核素。从广义上说,钍232和铀238也是核燃料。氘和氚是能发生核聚变的核燃料,又称聚变核燃料。氘存在于自然界,氚是锂6吸收中子后形成的人工核素。核燃料在核反应堆中“燃烧”时产生的能量远大于化石燃料,1千克铀235完全裂变时产生的能量约相当于2500吨煤。

核燃料的类型有哪些

金属燃料

铀是普遍使用的核燃料。天然铀中只含0.7%的U235,其余为U238。天然铀的这个浓度正好能使核反应堆实现自持核裂变链式反应,因而成为最早的核燃料,功率密度,一般要用U含量大于0.7%的浓缩铀。这可以通过气体扩散法或离心法来获得。

金属铀在堆内使用的主要缺点为:有同质异晶转变;熔点低;存在尺寸不稳定性;最常见的是核裂变产物使其体积膨胀(称为肿胀);加工时形成的织构使铀棒在辐照时沿轴向伸长(称为辐照生长),虽然不伴随体积变化,但伸长量有时可达原长的4倍。此外,辐照还使金属铀的蠕变速度增加(50~ 100倍)。这些问题通过铀的合金化虽有所改善,但远不如采用UO2陶瓷燃料为佳。

钚(Pu)是人工易裂变材料,临界质量比铀小,在有水的情况下,650克的钚即可发生临界事故。钚的熔点很低(640℃),一般都以氧化物与UO2混合使用。钚与U组合可以实现快中子增殖,因而使钚成为着重研究的核燃料。

钍吸收中子后可以转换为易裂变的U,它在地壳中的储量很丰富,所能提供的能量大约相当于铀、煤和石油全部储量的总和。钍的熔点较高,直至1400℃才发生相变,且相变前后均为各向同性结构,所以辐照稳定性较好,这是它优于铀、钚之处。钍在使用中的主要限制为辐照下蠕变强度很低。一般以氧化物或碳化物的形式使用。在热中子反应堆中利用U-Th循环可得到接近于1的转换比,从而实现“近似增殖”。但这种循环比较复杂,后处理也比较困难,因此尚未获得广泛应用。

陶瓷燃料

包括铀、钚等的氧化物、碳化物和氮化物,其中UO2是最常用的陶瓷燃料。UO2的熔点很高(2865℃),高温稳定性好。辐照时UO2燃料芯块内可保留大量裂变气体,所以燃耗(指燃耗份额,即消耗的易裂变核素的量占初始装载量的百分比值)达10%也无明显的尺寸变化。它与包壳材料锆或不锈钢之间的相容性很好,与水也几乎没有化学反应,因此普遍用于轻水堆中。但是UO2的热导率较低,核燃料的密度低,限制了反应堆参数进一步提高。在这方面,碳化铀(UC)则具有明显的优越性。UC的热导率比UO2高几倍,单位体积内的含铀量也高得多。它的主要缺点是会与水发生反应,一般用于高温气冷堆。

弥散体燃料

这种材料是将核燃料弥散地分布在非裂变材料中。在实际应用中,广泛采用由陶瓷燃料颗粒和金属基体组成的弥散体系。这样可以把陶瓷的高熔点和辐照稳定性与金属的较好的强度、塑性和热导率结合起来。细小的陶瓷燃料颗粒减轻了温差造成的热应力,连续的金属基体又大大减少了裂变产物的外泄。由裂变碎片所引起的辐照损伤基本上集中在燃料颗粒内,而基体主要是处在中子的作用下,所受损伤相对较轻,从而可达到很深的燃耗。这种燃料在研究堆中获得广泛应用。除陶瓷燃料颗粒外,由铀、铝的金属间化合物和铝合金(或铝粉)所组成的体系,效果也较好。在弥散体燃料中由于基体对中子的吸收和对燃料相的稀释,必须使用浓缩铀。

包覆颗粒燃料也是一种弥散体系。在高温气冷堆中,采用铀、钍的氧化物或碳化物作为核燃料,并把它弥散在石墨中。由于石墨基体不够致密,因而要在燃料颗粒外面包上耐高温的、坚固而气密性好的多层外壳,以防止裂变产物的外泄和燃料颗粒的膨胀。外壳是由不同密度的热解碳和碳化硅(SiC)组成的,其总厚度应大于反冲原子的自由程,一般在100~300微米之间。整个燃料颗粒的直径为1毫米。使用包覆颗粒燃料不仅可达到很深的燃耗,而且大大提高了反应堆的工作温度,是一种很有前途的核燃料类型。

流体燃料

在均匀堆中,核燃料悬浮或溶解于水、液态金属或熔盐中,从而成为流体燃料(液态燃料)。流体燃料从根本上消除了因辐照造成的尺寸不稳定性,也不会因温度梯度而产生热应力,可以达到很深的燃耗。同时,核燃料的制备和后处理也都大大简化,并且还提供了连续加料和处理的可能性。流体燃料与冷却剂或慢化剂直接接触,所以对放射性安全提出较严的要求,且腐蚀和质量迁移也往往是一个严重问题。这种核燃料尚处于实验阶段(见锕系金属)。

以上就是日本计划2021年清理核燃料残渣的相关消息。

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