[發明專利]用于钚焚燒及镎－237或镅－241嬗變的溶液堆

有效

• 申請號: 200810045716.8
• 申請日: 2008-07-31
• 公開（公告）號: CN101325092A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 吳英華;王連杰;牛文華;李大圖
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21G1/02
• 分類號: G21G1/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉世權

技術領域

本發明涉及一種核反應堆，具體是一種用于钚焚燒及镎-237(或镅-241)嬗變的溶液堆。

背景技術

核電的發展必然涉及相應的核燃料乏燃料的后處理問題。在乏燃料的后處理問題上，嬗變可以被認為是一種核素改變其原子核結構，成為另一核素的過程。從乏燃料處理的角度來說，它是指將钚、其它錒系元素和長半衰期的裂變核素，轉變成為其它具有良好特性的核素。由于镎-237或镅-241等次錒系核素半衰期長、毒性大，不能長期儲存，必須用嬗變形成半衰期短、毒性小的核素。根據嬗變要消耗大量中子的物理特性，MA(次錒系核素)嬗變有三種途徑：

1.散裂反應：利用中能(約1.0GEV)強流質子束轟擊MA構成的靶，則通過散裂反應使MA變成輕核，并放出可觀的中子。

2.快中子裂變：MA發生裂變反應的閾能約為幾個兆電子伏的量級，因此借助于快中子可直接使MA裂變。

3.較高的熱中子注量率：較高的熱中子注量率(約10¹⁶/cm²s)可促使MA嬗變過程向有利的方向進行。以镎-237為例，它俘獲一個中子后生成镎-238，后者為易裂變核，半衰期較短。在高注量率環境中，可使其主要以裂變形式燒毀，減小衰變成钚-238的份額，因而改善了中子的經濟性，提高了嬗變效率。

針對不同的高放廢物，實現嬗變有以下幾類裝置可以進行：

1.快堆。快堆可使鋦(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)有效焚燒。

2.熱中子堆。中子注量率大于5×10¹⁴/cm²s，才可使鈾(U)、钚(Pu)、镎(Np)、镅(Am)有效焚燒，但有增加钚-242和鋦-244、鋦-248的缺點，熱中子堆也可使锝-99和碘-129嬗變。

3.強流加速器。包括強流質子加速器和電子加速器。

采用上述裝置來實現MA(次錒系核素)的嬗變，從技術角度還存在需要攻克的難題，從造價看是不經濟的。由于實現嬗變要消耗大量中子，以快堆為例，進行镎-237(或镅-241)嬗變必然會降低鈾-238轉換為钚-239的轉換比，用造價昂貴的裝置進行镎-237(或镅-241)的嬗變是不經濟的。

由于溶液堆低溫低壓、結構簡單，而使其具有良好的經濟性。目前的溶液堆采用硝酸(硫酸)鈾酰溶液作燃料。在核燃料乏燃料的后處理工藝中，要產生硝酸鈾酰和硝酸钚，而溶液堆可以采用硝酸钚溶液做燃料，從而產生大量廉價的中子，而嬗變要消耗大量的中子，所以采用溶液堆來進行核素的嬗變是可行的。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種用于钚焚燒及镎-237(或镅-241)嬗變的溶液堆。

本發明的技術方案是：

一種钚焚燒及镎-237(或镅-241)嬗變的溶液堆，其特征在于：所述的溶液堆用钚(或钚+镅)溶液做燃料，以镎-237(或镅-241)溶液做靶件。

其附加特征是：

所述溶液堆的钚(或钚+镅)燃料溶液，其中钚的濃度為50～200g/L。

所述的溶液堆，可在钚燃料溶液中加入镎-237(或镅-241)溶液。

所述的溶液堆，可在钚+镅燃料溶液中加入镎-237溶液。

所述的溶液堆，可向堆芯中添加新的钚溶液或钚、镅以及镎混合溶液作為燃料溶液。

所述的溶液堆，可在堆循環小回路中加入镎-237和/或镅-241溶液作為靶件。

所述溶液堆的堆芯燃料溶液裂變產生的裂變產物，可用無機離子交換樹脂從溶液中去除。

所述镎-237(或镅-241)溶液靶件，可用無機離子交換樹脂提取钚-238(或镅-242m)。

本發明的優點在于：1.由于本發明采用乏燃料、低溫發電，因此經濟性和安全性高；2.由于本發明可焚燒钚以及將镎-237嬗變為钚-238成為同位素電池，提供了廉價能源；3.本發明可從镅-241溶液靶件中提取，可廣泛用于宇航事業和醫療衛生行業的镅-242m；4.由于本發明以硝酸鈾酰溶解在重水中形成溶液，減少了初始钚的裝量，無需換料，只需去除裂變產物并加入一定的钚燃料溶液即可，充分利用了核燃料。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖中標記：1.堆容器，2.硝酸钚溶液，3.主系統穩壓及除氣器，4.氫氧復合器，5.氣體冷卻器，6.氣體循環鼓風機，7.主換熱器，8.主循環泵，9.無機離子交換柱，10.堆芯輻照管，11小回路穩壓及除氣器，12陰離子交換柱，13.小回路循環泵，14.氣回路冷卻水系統，15.主冷卻水系統。

具體實施方式

下面對本發明作進一步描述：