一种用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒制造技术

本发明专利技术公开了一种用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒，包括：燃料棒主体，其外部设置有MA核素涂层或MA核素和6LiD的混合涂层。本发明专利技术通过在燃料棒的外部设置MA涂层或MA和6LiD的混合涂层，由于6LiD的加入，可以将热中子转化为14MeV的快中子，进而可以提高堆芯内中子的平均能量，因此本发明专利技术提供的用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒加深了燃耗深度，提高了MA核素的嬗变率。变率。变率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒


[0001]本专利技术属于核反应堆组件
，更具体地说，本专利技术涉及一种用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒。

技术介绍

[0002]核能作为新型能源，虽然核能便利了我们的生活，但是伴随产生的放射性核废物严重威胁着自然环境及人类的人身的安全。核废物是指物质本身会自发的产生α、β和γ辐射并放出热量的无用材料，核废物的来源多种多样，大致有以下几种情况(1)铀矿在作为燃料前的加工处理及核工业前端处理(2) 各种反应堆的运行(3)核设备退役。核废物简单可以分为中低放废物，高放废物两种。
[0003]高放废物具有极高的放射性,危害极大，高放废物的主要成分是锕系核素，其中如
237
Np、
241
Am、
243
Am、
244
Cm、
245
Cm等少量的长寿命锕系核素被称作次锕系核素
[8]，次锕系核素因其放射性高，半衰期时间长，对环境造成严重的危害，所以是核废物中最难处理的一类，通过普通的地质深埋储存容易造成极大的安全隐患，研究表明通过玻璃或者陶瓷固化地质深埋只能保证100 年核废物不会发生泄漏，因为次锕系核素具有衰变周期长的特点，故对次锕系核素的处理需要考虑别的方法，而且次锕系核素还具有放射性强特点，一旦泄露危害极大。对中低放废物已经有了较好的处理手段，对高放废物的处置手段尚在开发中，高放废物其主要特点是放射性持续时间长、核素毒性大。高放废物的放射性比活度大于3.7
×
109Bq/L。次锕系核素中Np
‑
237、半衰期超过10万年。这些放射性核素一旦进入生物圈，危害极大，尚不能用普通的物理、化学或生物方法使其降解或消除，只能靠自身的放射性衰变慢慢减轻其危害，且放射性衰变产生的物质通过人体时，会引发电离，造成辐射损伤，增加人体的患癌几率。高放废物要达到无害化需要数千年、上万年甚至更长的时间。因此，一旦高放废物处理不好产生泄露对环境的影响是严重而深远的。
[0004]分离嬗变技术就是将反应堆产生的高放射性废物，长寿命核素分离出来制成靶件，在反应堆或中子加速器中与中子发生核反应,核反应可能是裂变反应，也可能是中子俘获，转换成短寿期核素或者稳定核素，减少放射性的危害。
[0005]上世纪四十年代开始研究核武器，接着十年后开始使用核电发电，六十世纪就积累了大量的核反应产生的放射性废物，当时对中低放废物的处理方式是填埋，填海处理，对高放废物没有合理的处置方法。于是科学家提出深埋地质处置，南极冰层处置，宇宙处置，分离
‑
嬗变等许多方案。在19世纪 70年代，曾出现高放废物分离
‑
嬗变的热潮，但是由于当时的设备和技术的缺陷，分离
‑
嬗变很难实现，且成本很高，对分离嬗变技术的研究，呈现低谷。上世纪八十年代直到现在，分离
‑
嬗变技术又重新获得重视，原因如下：
[0006](1)高放废物中有大量的可裂变核素，易裂变核素，分离
‑
嬗变技术可以很好地利用这一部分资源
[0007](2)随着科学技术的发展，使分离
‑
嬗变技术逐渐成为可能，如萃取分离技术，离子交换技术。
[0008](3)目前处置放射性废物的可行手段只有深地质处置，且深地质处置要求的地质条件十分苛刻，有些国家甚至没有深地质处置的条件，急需一种新的方法处置高放射性废物。
[0009]分离技术可分为：萃取分离，高温分离，DIDPA流程，湿法，干法，氧化物挥发法。
[0010]嬗变技术可分为：快堆嬗变，强流质子加速器嬗变，热堆嬗变，轻水堆嬗变，聚变堆嬗变，加速器嬗变等技术。
[0011]MA装载量的多少，直接影响到了反应堆的运行，同时对嬗变率也会产生影响。MA中，
237
Np，
241
Am占了绝大数比例，对嬗变率的处理问题上重点是在处理
237
Np，
241
Am的燃耗问题。MA中核素与快中子发生核反应的概率大，且MA核素在较高的中子能量处具有较大中子裂变截面，MA中的核素可以与中子发生俘获裂变反应放出能量，且MA核素可以中子发生辐射俘获反应转化成易裂变核素，故在钠冷快堆中MA可以充当核裂变材料，增加反应堆的后备反应性，故通过钠冷快堆来嬗变MA核素不仅可利用MA核素在中子能量高处有大的裂变截面的特点直接焚烧掉MA核素，同时还能利用 MA核素在钠冷快堆中易转变成易裂变核素增加反应堆的后备反应性。但MA 的添加会对堆芯的安全系数造成影响。
[0012]MA核素在快堆中的嬗变方式大致可以分为两种：均匀嬗变和非均匀嬗变，均匀嬗变一般不改变堆芯尺寸、燃料棒的尺寸、燃料原核素的比例，将 MA均匀的添加到燃料中。非均匀嬗变，一般将MA制成嬗变棒代替燃料棒插入堆芯中，或将MA制成涂层，在不改变燃料棒尺寸的情况下，用MA涂层代替部分核燃料。两种方式各有利弊。相对于非均匀嬗变，均匀嬗变棒分布均匀，不会出现局部的功率畸变，缺点是均匀嬗变改变了堆芯的燃料成分，对堆芯的安全造成不确定的安全隐患。非均匀嬗变棒制作简单，对制作工艺要求不高，但是由于非均匀嬗变棒布置位置有限，容易引起局部的功率产生突变，易造成堆芯融化。因此需要对非均匀嬗变棒的设计和装载方式进行改进。

技术实现思路

[0013]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0014]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒，包括：
[0015]燃料棒主体，其外部设置有MA核素涂层或MA核素和6LiD的混合涂层。
[0016]优选的是，其中，所述MA核素涂层和MA核素组成包括
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Np、
241
Am、
243
Am、
244
Cm，其中
237
Np的质量占比为56.2％，
241
Am的质量占比为26.4％，
243
Am的质量占比为12％，
244
Cm的质量占比为5.4％。
[0017]优选的是，其中，非均匀MA嬗变棒的半径为0.5cm，所述MA核素涂层的厚度为0.001～0.05cm。
[0018]优选的是，其中，所述MA核素和6LiD混合涂层是由MA核素和6LiD 按照质量比混合均匀制备得到，且MA核素和6LiD的质量比为7∶3、5∶5、 4∶6或3∶7中的一个。
[0019]优选的是，其中，所述燃料棒主体中U和Pu同位素的装载量随MA核素装载量的增加而减少。
[0020]优选的是，其中，所述燃料棒主体采用MOX燃料，MOX燃料的核素组成包括
238
U、
235
U
可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒，其特征在于，包括：燃料棒主体，其外部设置有MA核素涂层或MA核素和6LiD的混合涂层。2.如权利要求1所述的用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒，其特征在于，所述MA核素涂层和MA核素组成包括
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Np、
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Am、
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Am、
244
Cm，其中
237
Np的质量占比为56.2％，
241
Am的质量占比为26.4％，
243
Am的质量占比为12％，
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Cm的质量占比为5.4％。3.如权利要求1所述的用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒，其特征在于，非均匀MA嬗变棒的半径为0.5cm，所述MA核素涂层的厚度为0.001～0.05cm。4.如权利要求1所述的用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒，其特征在于，所述MA核素和6LiD混合涂层是由MA核素和6LiD按照质量比混合均匀制备得到，且MA核素和6LiD的质量比为7∶3、5∶5、4∶6或3∶7中的一个。5.如权利要求1所述的用于快中子堆的非均匀MA嬗变棒，其特征在于，所述燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶滨，吴洋坤，唐逸，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：