CN108389638A - 一种熔盐堆生产u-233的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔盐堆生产U‑233的方法，其堆芯包括石墨慢化组件和熔盐，所述熔盐填充在所述石墨慢化组件组成的通道中，所述熔盐包括燃料盐和基盐，运行时，采用在线加料，在线清除裂变气体，停堆离线分离U‑233，其中，所述堆芯的熔盐石墨体积比为2％～35％，所述燃料盐占所述熔盐总量的初始摩尔百分比为6％‑10％，所述燃料盐为超铀元素(TRU)或武器级钚(WGPu)的氟盐与Th的氟盐的混合物。本发明所述的方法生产的U‑233易分离，后处理简单可行，实现了高富集度U‑233的生产。

Description

一种熔盐堆生产U-233的方法
技术领域
本发明属于核反应堆工程设计领域，具体涉及一种熔盐堆生产U-233的方法。
背景技术
自然界没有天然的U-233，实现熔盐堆钍铀增殖，需要借助其他裂变燃料生产U-233。重水堆使用天然铀作为裂变燃料、Th作为增殖燃料产生U-233，但是由于重水堆使用固态燃料元件，制备复杂，U-233的回收困难。液态熔盐堆被认为是钍铀燃料循环利用的理想堆型，无需燃料制备，燃料形式可多样化。目前，基于液态熔盐堆生产U-233的基本都是采用快堆，但是快堆依赖于在线处理技术，技术上难以实现。另外，使用富集铀作为燃料时，U-233分离困难、富集度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服上述现有技术中存在的U-233的分离困难、富集度低、依赖在线处理技术的问题，从而提供了一种熔盐堆生产U-233的方法，U-233易分离，后处理简单可行，实现了高富集度U-233的生产。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种熔盐堆生产U-233的方法，其堆芯包括石墨慢化组件和熔盐，所述熔盐填充在所述石墨慢化组件组成的通道中，所述熔盐包括燃料盐和基盐，运行时，采用在线加料，在线清除裂变气体，停堆离线分离U-233，其中，所述堆芯的熔盐石墨体积比为2％～35％，所述燃料盐占所述熔盐总量的初始摩尔百分比为6％-10％，所述燃料盐为超铀元素(TRU)或武器级钚(WGPu)的氟盐与Th的氟盐的混合物。
本发明中，所述燃料盐占所述熔盐总量的初始摩尔百分比较佳地为8％。
本发明中，所述TRU或WGPu的氟盐较佳地为TRUF3/LiF-TRUF3或PuF3/LiF-PuF3，所述Th的氟盐较佳地为ThF4。
本发明中，所述基盐可为FLibe，其中Li-7的丰度为99.995％。
本发明中，所述堆芯较佳地为径高比相近的圆柱体，所述圆柱体的直径较佳地为3.5-5m。
本发明中，所述石墨慢化组件的结构轮廓较佳地为六棱柱。
本发明中，所述石墨慢化组件的对边距较佳地小于30cm。
本发明中，所述在线加料可采用本领域常规的在线加料方法，不断补充所述燃料盐以补偿反应性的下降，维持临界值为1.0-1.01，使得Pu不超过其溶解度上限4％。
本发明中，所述在线清除裂变气体可采用本领域常规方法，例如通过泵碗中的鼓泡系统吹气，吹气周期较佳地为30s，吹气效率较佳地为100％。
本发明中，所述离线分离U-233可采用本领域常规方法，本发明特别优选包括下述步骤：所述熔盐堆运行一段时间，较佳地为5年，之后停堆，将所述熔盐转移到后处理厂，通过氟化挥发技术分离出U-233。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提供的熔盐堆生产U-233的方法，所采用的熔盐堆为小型模块化的熔盐热堆，不依赖于在线处理技术，而采用批次处理分离U-233，大大降低了后处理难度，可实现性高；同时所采用的启堆燃料中不含U，同时U-233本身在堆内演化较少，使得生成的U-233富集度较高。另外，TRU为目前反应堆的乏燃料，本发明的方法可是实现对乏燃料的回收利用。
附图说明
图1为本发明实施例1-5中熔盐堆生产U-233的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
本实施例以一座热功率为500MW的六棱柱组件熔盐堆为例，其生产U-233的工艺流程如图1所示。
该熔盐堆采用FLiBe作为基盐，以来自轻水堆乏燃料的TRU的氟盐TRUF3作为裂变燃料，ThF4作为增殖燃料，TRU和Th占熔盐总量的初始摩尔百分比为分别为0.19％和7.81％，熔盐石墨体积比为2％。启动熔盐堆，运行过程中，通过鼓泡系统吹气清除裂变气体，吹气周期为30s，吹气效率为100％。在线添加TRUF3维持反应堆临界。反应堆运行5年后，将燃料熔盐转移到后处理厂，通过氟化挥发技术分离U-233，得到U-233的产量为26.8kg，U-233的富集度为63.0％，TRU的燃耗深度为510MWd/kgTRU。此时，燃料盐占熔盐总量的摩尔百分比为10.8％，Pu占熔盐总量的摩尔百分比为3.1％。
实施例2
熔盐堆熔盐石墨比为5.7％，TRU和Th占熔盐总量的初始摩尔百分比为分别为0.14％和7.86％，其他条件同实施例1。反应堆运行五年后，U-233的产量为77.3kg，U-233的富集度为70.5％，TRU的燃耗深度为525MWd/kgTRU，燃料盐占熔盐总量的摩尔百分比为8.6％，Pu占熔盐总量的摩尔百分比为1.1％。
实施例3
熔盐堆熔盐石墨比为11.1％，TRU和Th占熔盐总量的初始摩尔百分比为分别为0.18％和7.82％，其他条件同实施例1。反应堆运行五年后，U-233的产量为168kg，U-233的富集度为80.1％，TRU的燃耗深度为430MWd/kgTRU，燃料盐占熔盐总量的摩尔百分比为8.4％，Pu占熔盐总量的摩尔百分比为0.75％。
实施例4
熔盐堆熔盐石墨比为18.4％，TRU和Th占熔盐总量的初始摩尔百分比为分别为1.5％和6.5％，其他条件同实施例1。反应堆运行五年后，U-233的产量为259kg，U-233的富集度为89.5％，TRU的燃耗深度为249MWd/kgTRU，燃料盐占熔盐总量的摩尔百分比为8.05％，Pu占熔盐总量的摩尔百分比为1.42％。
实施例5
熔盐堆熔盐石墨比为27.4％，TRU和Th占熔盐总量的初始摩尔百分比为分别为2.8％和5.2％，其他条件同实施例1。反应堆运行五年后，U-233的产量为315kg，U-233的富集度为92％，TRU的燃耗深度为120MWd/kgTRU，燃料盐占熔盐总量的摩尔百分比为7.6％，Pu占熔盐总量的摩尔百分比为2.4％。

Claims (10)

1.一种熔盐堆生产U-233的方法，其堆芯包括石墨慢化组件和熔盐，所述熔盐填充在所述石墨慢化组件组成的通道中，所述熔盐包括燃料盐和基盐，运行时，采用在线加料，在线清除裂变气体，停堆离线分离U-233，其中，所述堆芯的熔盐石墨体积比为2％～35％，所述燃料盐占所述熔盐总量的初始摩尔百分比为6％-10％，所述燃料盐为超铀元素(TRU)或武器级钚(WGPu)的氟盐与Th的氟盐的混合物。
2.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述燃料盐占所述熔盐总量的初始摩尔百分比为8％。
3.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述TRU或WGPu的氟盐为TRUF3/LiF-TRUF3或PuF3/LiF-PuF3，所述Th的氟盐为ThF4。
4.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述基盐为FLibe，其中Li-7的丰度为99.995％。
5.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述堆芯为径高比相近的圆柱体，所述圆柱体的直径为3.5-5m。
6.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述石墨慢化组件的结构轮廓为六棱柱。
7.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述石墨慢化组件的对边距小于30cm。
8.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述在线加料为不断补充所述燃料盐以补偿反应性的下降，维持临界值为1.0～1.01，使得Pu不超过其溶解度上限4％。
9.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述在线清除裂变气体的方法为通过泵碗中的鼓泡系统吹气，吹气周期为30s，吹气效率为100％。
10.如权利要求1所述的熔盐堆生产U-233的方法，所述离线分离U-233的步骤包括：所述熔盐堆运行5年之后停堆，将所述熔盐转移到后处理厂，通过氟化挥发技术分离出U-233。
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