乏燃料干法和水法后处理设施经济性分析

核燃料循环是影响核电经济评价的重要因素,是推进核能发展的关键问题。乏燃料后处理作为核燃料循环后段的重要组成部分,其经济成本会影响整体的核燃料循环成本。为对核燃料循环尤其是后段循环成本的分析提供更准确参考,本文调研了国外干法和水法后处理设施的经济性数据,并结合对快堆乏燃料后处理设施的经济性研究,进行了热堆和快堆乏燃料的干法和水法后处理成本的分析,给出了各设施的后处理成本数据。

国外乏燃料干法后处理设施进展

干法后处理技术具有介质耐辐照、临界风险低、工艺流程短、废物量小等特点,是核燃料后处理领域中适应性更高、处理对象更广的一种分离技术。干法后处理设施是实现干法后处理技术开发、验证和应用的关键场所。本文调研总结了国外干法后处理技术研发和示范设施进展,从设施建设背景、工艺基准流程、主要技术参数、设施布局设计和应用情况等多方面进行了分析和比较,并结合我国干法后处理技术发展现状和设想,提出了我国干法后处理设施发展建议。

干法后处理熔盐电解精炼过程数学模型研究

熔盐电解精炼是乏燃料干法后处理的核心工艺单元,通过数学模型探索高温熔盐电解精炼过程的化学与电化学变化,可为电解精炼工艺优化和设备设计提供参考依据。本文基于电化学热力学及物质传递公式建立了乏燃料熔盐电解精炼过程的数学模型,以铀钚锆三元合金燃料为研究对象,计算了燃料中关键元素的电极电势、分电流及物料分布随时间的变化。采用向后差分法对物料分布变化方程进行离散,通过文献实验数据对建立的数学模型进行了准确性验证。结果表明,模拟计算所得阴极沉积铀产品与实验数据的相对误差为2.80%,所建数学模型具有较好的拟合性。同时采用所建模型模拟计算了电流强度对乏燃料电解精炼过程的影响,结果表明电解速率与电流强度呈正比,不改变钚铀锆的溶解和沉积顺序。

工作条件对干法后处理高温熔盐离心泵影响的数值模拟研究

本文针对乏燃料干法后处理高温熔盐离心泵输送LiCl-KCl熔盐过程,开展了不同操作条件和物性参数下的数值模拟研究。基于Fluent数值模拟软件,选用标准k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用Coupled算法,对比了熔盐泵水力性能和内部流场的变化情况。结果表明,不同工作条件下熔盐泵外特性曲线走向及内部流场压力、速度分布规律相一致。等流量工况下转速增大熔盐泵扬程、功率增大,最佳效率点向大流量偏移,推荐干法熔盐泵转速范围为2750~3150 rpm。泵的扬程、效率均随输送熔盐粘度的增大而减小。泵的扬程对输送LiCl-KCl熔盐密度的变化不敏感,随密度增大,泵的功率和效率均上升,相同条件下熔盐粘度对泵性能的影响大于密度。本文结果可为干法后处理高温熔盐泵设计和实验的改进提供参考。

Al_(2)O_(3)覆盖层制备工艺对YSZ涂层耐熔盐腐蚀性能的影响

高密度石墨(HDG)由于其良好的抗热震性和高温强度,被认为是极具应用前景的坩埚候选材料之一。然而,熔盐电解法处理乏燃料过程中,高密度石墨坩埚会与高温氯化物熔盐、乏燃料等具有腐蚀性的介质直接接触,从而对坩埚造成腐蚀,影响坩埚的稳定性和使用寿命。坩埚表面等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层被证实具有优异的性能,但是涂层本身所存在的孔洞、裂纹以及液滴等缺陷严重制约了YSZ涂层在高温下的性能。因此,通过密封处理方法来提高涂层的致密度显得尤为迫切。本文利用磁控溅射(PVD)法和金属有机分解(MOD)法在等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层表面制备了Al_(2)O_(3)覆盖层,研究了这两种方法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层对YSZ涂层在NaCl-KCl熔盐中的抗腐蚀性能的影响,并利用SEM、EDS、XRD等对腐蚀前后涂层的形貌以及微观结构进行了详细表征。结果表明:PVD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层主要分布于YSZ涂层表面,使其表面致密度得到一定程度提升,但涂层内部的致密度以及耐蚀性能并没有得到显著提升;MOD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层可有效填充YSZ涂层表面的缺陷,如裂纹、孔洞等;同时MOD前驱体溶液固有的浸润性使得前驱体容易渗透进入涂层内部,进而有效填充YSZ涂层内部的缺陷,从而提高涂层的致密度。以上结果表明,采用MOD法制备的Al_(2)O_(3)覆盖层使YSZ涂层的耐蚀性能得到了显著提升,同时Al_(2)O_(3)覆盖层的存在也有效减少了涂层内部稳定剂的消耗。

LiCl-KCl熔盐中Pu^(3+)在Al阴极上的电化学行为

基于固体Al阴极分离锕系元素(An)与裂变产物(FP)的电解精炼技术是极具前景的干法后处理流程之一。本研究采用暂态电化学法系统研究了Pu^(3+)在固体Al阴极上的电化学行为。循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)研究结果表明,Pu^(3+)在Al阴极上可一步还原为合金,且该反应为不可逆,Pu^(3+)与Al形成合金的电位与温度的关系式为E^(θ,*)(Pu^(3+)/PuAl n)(vs.Cl-/Cl_(2))=-2.944+9.84×10^(-4)T。开路计时电位法(OCP)结合相图表明,Pu^(3+)在固体Al阴极上可生成Pu_(3)Al、PuAl、PuAl_(2)、PuAl_(3)和PuAl_(4)五种合金化合物,且计算得到了不同温度时PuAl_(4)的Gibbs生成自由能。

干法后处理流程中电解精炼设备研发进展

高燃耗快堆乏燃料具有高钚含量、强放射性、高释热率等特点。基于溶剂萃取原理的水法后处理工艺存在溶剂易辐解等问题,宜对高燃耗快堆乏燃料采用干法后处理工艺进行处理。熔盐电解干法工艺采用耐辐照的无机盐为介质,通过电化学方法分离回收锕系元素,是最具应用前景的干法后处理技术。在熔盐电解干法工艺流程中,承担锕系元素分离任务的电解精炼单元是核心环节。本文调研了乏燃料干法后处理过程中电解精炼设备的研发进展,分析了电解精炼设备关键技术和发展趋势,为我国快堆乏燃料电解精炼设备的研发提供了参考。

乏燃料干法后处理电解反应器结构材料研究进展

熔盐电解是乏燃料干法后处理技术的核心单元,该单元设备服役工况涉及高温(≥500℃)、氯化物熔盐、液态金属镉和气氛等耦合腐蚀,腐蚀环境复杂、苛刻,这对反应器的选材带来巨大的挑战。本文主要对电解反应器结构材料的腐蚀工况进行分析和对反应器结构材料的研究进展进行概述,最后对反应器结构材料的研究方向进行展望。

金属乏燃料干法后处理熔盐电解槽电场分析

为支持乏燃料熔盐电解精炼设备的放大设计与优化,基于Maxwell原理和电化学理论,采用Comsol Multiphysics有限元方法,研究建立了10 kg/批次金属乏燃料熔盐电解精炼设备纯电场和电化学场数值模型,并对国外相对成熟的方形电解槽和圆台形电解槽进行了数值仿真分析和比较,包括电解槽结构、电极间距、阴极形状等因素对电解槽电场和电化学性能的影响。结果表明,方形电解槽的电流效率等经济性能较优,圆台形电解槽的反应电流密度等电化学性能较优;方形电解槽中,平板阴极的电流效率等经济性能和电化学性能均优于棒状阴极;电极间距在10~40 mm的研究范围内,两种电解槽的反应电流密度等电化学性能随电极间距的增大变化均不明显,但电解槽的电流效率等经济性能和热稳定性显著减弱。模拟结果与文献实验结果吻合良好,所建模型预期可较好反映熔盐电解精炼过程。

LiCl-KCl-GaCl_(3)熔盐体系共沉积提取Sm的电化学

采用循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)和开路计时电位法(OCP)等方法研究了LiCl-KCl熔盐中SmCl_(3)、GaCl_(3)和SmCl_(3)-GaCl_(3)在Mo阴极上的电化学行为。SmCl_(3)在Mo阴极上的电化学研究结果表明,Sm^(3+)在LiCl-KCl熔盐体系中发生单电子转移反应,仅能还原为Sm^(2+);并计算了不同温度下Sm^(3+)的扩散系数和Sm^(3+)/Sm^(2+)电对的表观标准电位。SmCl_(3)与GaCl_(3)共沉积电化学分析结果表明,Sm^(3+)还原为Sm^(2+)后,可与Ga形成SmGa_(x)合金化合物。X射线衍射和扫描电子显微镜与能谱分析(SEM-EDS)表明-1.600 V恒电位电解LiCl-KCl-SmCl_(3)-GaCl_(3)可得到SmGa_(2)合金。以上研究表明,加入GaCl_(3)可从LiCl-KCl-SmCl_(3)熔盐体系中有效提取Sm。

搅拌形式对熔盐萃取槽内两相流动特性的数值研究

本文开展了乏燃料干法后处理熔盐萃取槽内针对高温LiCl-KCl熔盐和金属镉的液-液两相搅拌流动数值模拟。基于FLUENT中的k-ωSST模型研究了搅拌桨桨型、桨叶数量和搅拌桨垂直高度三个方面对搅拌流动流场分布的影响。结果表明,相同条件下锚式、弯叶开式和直叶开式搅拌桨在监测点速度值分别是2.52 m·s^(-1),2.37 m·s^(-1)和2.11 m·s^(-1),锚式搅拌桨较符合理想情况;熔盐和金属两相分离比随着桨叶数量的增大而改善,数量为5叶时分离比最高为0.91,推荐搅拌桨4叶结构;分离比随着搅拌桨垂直高度的升高先增后减,在两相界面处达到最大值,综合考虑推荐搅拌桨垂直高度为-40~60 mm。拟合出关于分离比的关系式。本文可为熔盐萃取槽的设计和改进提供参考。

我国乏燃料干法后处理技术研究现状与发展

乏燃料干法分离是一种适应性更强、处理对象更广的后处理技术路线,是乏燃料分离领域的研究热点之一。美俄等基于熔盐电化学分离技术,分别建立了经工程规模热验证的干法后处理流程。我国早期开展了氟化挥发法研究,近年来针对氧化物乏燃料和熔盐堆燃料循环分别开展了较广泛的基础理论和工艺研究。本文总结了我国在氯化物和氟化物熔盐体系中稀土、铀、钚电解分离与铀氟化挥发等研究进展,并结合我国先进核燃料循环体系建设,提出了下一步发展建议。

用于熔盐体系的莫来石隔膜Ag/AgCl参比电极的性能研究

以莫来石为隔膜材料,制备了用于高温氯化物(LiCl-KCl)熔盐体系的封闭式Ag/AgCl参比电极。采用LCR法分别测定了参比电极隔膜的电阻。同时,系统研究了参比电极的稳定性和重复使用性及平行性,重点研究了AgCl浓度对参比电极稳定性的影响。表征结果表明隔膜的组成为3Al2O3·2SiO2,具有良好的离子导通性。电化学研究结果表明,AgCl摩尔分数为2.0%时,参比电极可连续稳定使用40 h以上,电位差稳定在±2 mV以内;重复使用4次后(约100 h),电位变化±5 mV;±5 mA的极化电流5 s后可于15 s内恢复初始开路电位。上述研究结果表明,莫来石隔膜Ag/AgCl具有良好的稳定性、重复使用性、可逆性,可用于熔盐电化学研究及电解工艺中电极电位的控制中。

血清CEA、CA125、CA15-3联合钼靶X线影像检测在乳腺癌诊断中的意义

目的:探讨血清肿瘤标志物癌胚抗原(CEA)、糖链抗原125(CA125)、糖链抗原15-3(CA15-3)联合钼靶X线影像检测在乳腺癌诊断中的意义。方法:对70例乳腺疾病患者钼靶X线影像检查结果、血清肿瘤标志物CEA、CA125、CA15-3检查结果及术后病理检查结果进行了比较,分析联合检测对乳腺癌的诊断价值。结果:联合检测的灵敏度明显高于单纯钼靶X线影像检查和血清肿瘤标志物CEA、CA125、CA153检测。结论:血清肿瘤标志物CEA、CA125、CA15-3联合钼靶X线影像检测有助于乳腺癌的临床诊断。

熔盐电解氧化铈相关物质的分解电压

分解电压是探索电极过程机理和实际电解过程中电位控制的重要依据。计算了氧化铈在Ce F3-Li F-MF2(M=Ba,Ca)熔体中石墨阳极上的理论分解电压。在石墨阳极上,阳极生成碳氧化合物的理论分解电压较小,反应较易发生;在惰性阳极下,理论分解电压按氧化铈、三氟化铈、氟化锂、氟化钡、氟化钙的顺序依次增大,氧化铈将优先发生分解反应。两种电极条件下,氧化铈的分解电压随温度升高而降低,随氧化铈浓度降低而增大,当氧化铈浓度过低时,容易发生阳极效应。

不同影像学检查对胰腺癌的诊断分析

目的:探讨超声、X线计算机体层摄影术(CT)、磁共振成像(MRI)三种影像学检查方法在胰腺癌诊断中的意义。方法:对52例患者超声、CT、MRI检查结果及术后病理检查结果进行了比较,分析超声、CT、MRI检查对胰腺癌的诊断价值。结果:超声、CT、MRI检查的灵敏度分别为78.1%、87.5%、90.6%。CT、MRI的灵敏度明显高于超声检查,CT与MRI灵敏度接近。结论:超声、CT、MRI检查各有其特点,应根据情况合理运用。

LiCl-KCl熔盐体系中Ce(Ⅲ)在液态Ga电极上的电化学行为

采用循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)和计时电位法(CP)等暂态电化学方法研究了LiCl-KCl熔盐体系中Ce(Ⅲ)在液池Ga和液膜Ga电极上的电化学行为。以高纯Al 2O 3包覆的石墨棒作对电极,以Ag/AgCl(x=2%)为参比电极,结果表明,在液池Ga电极上,Ce(Ⅲ)可一步还原为αGa 6Ce:Ce(Ⅲ)+3e+6Ga=αGa 6Ce,该反应为不可逆过程,并受扩散控制;Ce(Ⅲ)的扩散系数与温度的关系式为:ln D=2.88-10118.4/T;Ce(Ⅲ)/αGa 6Ce的半波电位与温度的关系式为:E=-1.701+5.472×10-4 T。此外,在Ga液膜电极上,Ce(Ⅲ)可发生欠电位沉积,形成至少三种金属间化合物。

CT联合血清CEA、CA19-9检测对胰腺癌诊断价值分析

目的:探讨CT联合血清癌胚抗原(CEA)、糖链抗原(CA19-9)检测在胰腺癌诊断中的意义。方法:回顾性分析35例经手术病理证实的胰腺癌患者,对CT及血清CEA、CA19-9检查结果进行比较,分析CT联合血清CEA、CA19-9检测对胰腺癌的诊断价值。结果:联合检测的确诊率明显高于CT影像检查、血清肿瘤标志物CEA、CA19-9单独检测,联合检测与各单项检测之间比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:CT影像联合血清肿瘤标志物CEA、CA19-9检测有助于胰腺癌的临床诊断。

3-氨-1-羟丙基-1,1-二膦酸盐的^131I标记化合物的合成及其初步动物实验

合成了3-氨-1-羟丙基-1,1-二膦酸二钠水合物(ABP)配体,并以5-(三正丁基锡)-3-吡啶甲酸-N-琥珀酰亚胺酯(SPC)为双功能偶联剂,进行了131I标记的研究。其标记率大于64%,放化纯度大于99%。室温下,标记产物放置72 h后,放化纯度仍大于98.8%。初步动物实验结果表明,标记产物131I-SIPC-ABP对小鼠骨骼具有明显的亲和力,具有较高的体内外稳定性。

^(211)At标记蛋白质或多肽的方法研究

α核素211At具有良好的辐射生物学性质,以对肿瘤细胞具有高亲和性的单克隆抗体或多肽类配体为载体则是实现211At肿瘤靶向治疗的最理想方式之一。本文介绍了211At标记蛋白质或多肽的方法的现状与进展,对存在的一些问题及今后的发展方向进行了讨论。