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とぼしかく燃料ねんりょう

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かく电站なかてきとぼしかく燃料ねんりょう

とぼしかく燃料ねんりょうゆび受过辐射照射しょうしゃ使用しようてきかく燃料ねんりょう通常つうじょうゆかりかく电站てきかくはん应堆产生。这种燃料ねんりょう无法繼續けいぞく维持かくはんとぼしかく燃料ねんりょうちゅう仍然つつみ含有がんゆう大量たいりょうてき放射ほうしゃせい元素げんそいん具有ぐゆう放射ほうしゃせい,如果妥善处理,かい严重かげ响环さかいあずか接触せっしょく它们てき人的じんてき健康けんこう

とぼしかく燃料ねんりょう

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纳米材料ざいりょうせい

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てい浓缩铀とぼしかく燃料ねんりょういち纳米材料ざいりょうかく燃料ねんりょう通常つうじょうきれ变物质的氧化ぶつ形状けいじょうはしらがたしょう颗粒ざい接受せつじゅ辐射发生きれ变以きさき,其中存在そんざいゆう巨大きょだいてき温度おんどはしご以使きれ变产ぶつ发生迁移。れい如,具有ぐゆうこう燃料ねんりょうちゅう温度おんど最高さいこうてき中心ちゅうしんうつり动的趋势,而其てい沸点ふってんてききれ变产ぶつ则向燃料ねんりょう边缘うつり动。かく燃料ねんりょうしょう颗粒ざい使用しよう过程ちゅう可能かのうかい产生ゆう很多てき气泡,使つかいとくかく燃料ねんりょう变得ぞううみ绵一样,而裂变产せいてきかい迁移过来はま补这些气あわ。一部分氙随后会衰变成いん此很气泡なかゆう较高浓度てき铯-137。 ざい混合こんごう氧化物的ぶってきとぼし燃料ねんりょうちゅう,氙有こう钚的浓度だかてき区域くいきそと扩散てき趋势,ずいきさき,它将つつみ裹在氧化铀これちゅう。而钕则没ゆううつり动的趋势。

ざいかく燃料ねんりょう接受せつじゅ辐射てき过程ちゅう还会形成けいせい钼锝钌钯合金ごうきんてき金属きんぞく颗粒。还有一些固体物质会在二氧化铀晶粒的边界形成,ただし大部たいぶ分裂ぶんれつ变产ぶつ仍然存在そんざいさく固体こたい溶剂てき氧化铀之ちゅう参考さんこう文献ぶんけん[1]描述りょう一种使用无放射性的物质来对氧化物乏燃料的仿真方法。

きれ变产ぶつ

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とぼし燃料ねんりょうちゅううらない其质りょう3%てきぶつ质是铀-235钚-239てききれ变产ぶつ及它们的おとろえ变链てき间接产物。つきかん这些ぶつ质被认为放射ほうしゃせい废物ただしよし于他们可能かのうゆう种工业上材料ざいりょうじょうてき用途ようと,仍然可能かのう需要じゅようはた它们进いちぶん出来でき。铀和钚的きれ变产ぶつ包含ほうがんりょう周期しゅうきひょうちゅう从锌到镧系元素げんそてき所有しょゆう元素げんそ,这些元素げんそ按照质子すうてき分布ぶんぷかい现两个峰:だい一个峰是第二次转换所产生的,而另一个峰是周期表中的。许多きれ变产ぶつ具有ぐゆう放射ほうしゃせいあるもの寿命じゅみょう很短てき放射ほうしゃせい同位どういもとただし仍然よし相当そうとう数量すうりょうてき产物中期ちゅうきいた长期てき放射ほうしゃせい同位どういもと,如锶-90、铯-137、锝-99碘-129。いち国家こっか对裂变废ぶつちゅうてき稀有けう同位どうい素的すてきぶん离方ほう进行りょう研究けんきゅう如通过分离裂变产せいてき贵重金属きんぞく如银铂族金属きんぞく钌,铑,钯,以或おおあるすくなてき补偿さい处理てき成本なりもとしか而目ぜん这些方法ほうほうぼつゆういたしょう业化。

きれ变产ぶつ以改变氧化铀的热传导性能せいのう。镧系元素げんそ氧化ぶつかいくだてい燃料ねんりょうてき热传导性,而金属きんぞく纳米粒子りゅうしかいやややや增加ぞうか其热传导せい[2]

化学かがくすうすえひょう

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二氧化铀中裂变产物的化学形式[3]
元素げんそ 气体 金属きんぞく 氧化ぶつ 固体こたい溶剂
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ざい美国びくに华盛顿州汉福とく场地储存てきとぼしかく燃料ねんりょう。这些とぼしかく燃料ねんりょう储存ざい水下みぞおち,盖子开了。

とぼしかく燃料ねんりょう中大ちゅうだい约1%てき质量钚-239钚-240,这些钚由铀-238俘获中子なかごきさきβべーたおとろえ而产せい,它们すんで一种有用的副产品,也是危险てき、难以处理てき废料。为了防止ぼうしかく扩散需要じゅよう禁止きんし些尚拥有かく武器ぶきてき国家こっか使用しよう这些钚制づくりかく武器ぶき。如果かくはん应堆工作こうさく正常せいじょうてき话,这些钚是はん应堆级,ぼつゆう达到武器ぶき级。它所包含ほうがんてき钚-240较多,ただゆういた80%てき钚为钚-239,使つかいとく这些钚并适用于制作せいさくかく武器ぶきしか而,如果とく要用ようよう这些はん应堆级的钚制作せいさくかく武器ぶき也并不可能ふかのう[4]。如果接受せつじゅ辐射てき时间较短,么就会生かいせい产出武器ぶき级的钚,钚-239てき比例ひれいだか于80%,最高さいこう达93%。

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とぼしかく燃料ねんりょうちゅうてき96%てき质量剩余じょうよてきはん应的铀,だい多数たすう铀-238,いちしょう部分ぶぶん铀-235。通常つうじょうじょう况下,铀-235てき质量分数ぶんすうしょう于0.83%,铀-236てき质量分数ぶんすうだい约是0.4%。

铀-236一種很棘手的長壽命放射性廢物。

さい处理铀つつみ含有がんゆう铀-236,这种同位どういもとざい自然しぜんかいちゅう存在そんざい,它可以用さくとぼしかく燃料ねんりょうてきてき标志とくせい

如果はた燃料ねんりょうよう于反应堆ちゅう,产生てきとぼしかく燃料ねんりょうしょうかい包含ほうがん铀的同位どういもと铀-233,其半おとろえ为159,200ねん。它将かい对乏かく燃料ねんりょういんおとろえ变而产生てき长期放射ほうしゃせい产生かげ响。混合こんごう氧化ぶつかく燃料ねんりょうそうゆかり存在そんざいゆうおとろえ变完全的ぜんてき铀-233,一百万年之内的钍乏燃料的放射性将会比较高。

つぎよう锕系元素げんそ

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つぎよう锕系元素げんそゆびじょりょう铀和钚以がいてき锕系元素げんそざいはん应堆产生てきとぼしかく燃料ねんりょうちゅう以找到这些元素げんそてき踪迹,其中主要しゅよう包括ほうかつざいはん应堆ちゅう形成けいせいてきつぎよう锕系元素げんそてき含量赖于使用しようてきかく燃料ねんりょうてきせい质与はん应堆てき条件じょうけんれい如,使用しよう混合こんごう氧化ぶつ燃料ねんりょう(铀-238基体きたいてき钚-239)很有可能かのうせい产出大量たいりょうてき镅以及更じゅうてきかくもと,而铀钍核燃料ねんりょう则不かい产生这么

对于天然てんねんかく燃料ねんりょう天然てんねん铀中てききれ变成ぶん铀-235てき浓度为0.71%。とう停止ていし使用しようてき时候,总的てききれ变材りょうてき成分せいぶん仍然达0.5%,其中铀-235うらない0.23%,钚-239钚-241うらない0.27%。从反应堆ちゅうおろしじょ这些燃料ねんりょうてき原因げんいん并不きれ变物质已经消耗しょうもうこうりょう,而是いん为能够吸收きゅうしゅう中子なかごてききれ变产ぶつやめ经足够多,导致かく燃料ねんりょう无法维持かくはん应。

一些天然铀核燃料采用化学性质活泼的封装,如镁合きん,而由于长储存ほう弃比较困难,这些燃料ねんりょう需要じゅよう进行さい处理[5]

对于军用はん应堆研究けんきゅうはん应堆ちゅう使用しようてきだか浓缩铀来说,同位どうい素的すてきせい产过ほどあずかはん应堆うずたかしん燃料ねんりょうてき管理かんり过程はん应堆てき工作こうさく条件じょうけんみつきりしょう关。

とぼしかく燃料ねんりょうおとろえ变热

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はん应堆紧急关闭以后,おとろえ变热与总功りつずい时间てき变化じょう况。图中两条きょく线采ようりょう两种不同ふどうてき相互そうご关系。

とうかくはん应堆关闭てき时候,链式かくはん应也ずい停止ていししか而由于おとろえ变产ぶつてきβべーたおとろえとぼし燃料ねんりょう仍然かい放出ほうしゅつてき大量たいりょうてき热量。よし此,ざいかくはん应堆关闭てき时刻,おとろえ放出ほうしゅつてき热功りつだい约是かくはん应堆稳定工作こうさく时功りつてき7%。ざいはん应堆关闭1しょう时以きさきおとろえ变热こうりつ约为稳定工作こうさく时的こうりつてき1.5%;一天以后变为0.4%;一周いっしゅうきさき变为0.2%。おとろえ变热こうりつずい时间かい继续慢慢てき减小。

从核はん应堆ちゅううつりじょてきとぼしかく燃料ねんりょう通常つうじょうかい存在そんざいそう满水てきとぼしかく燃料ねんりょうなか需要じゅよう保存ほぞん一年甚至更长的时间以使其冷却,どう时对其放射ほうしゃせい提供ていきょうへい蔽。实际ちゅう使用しようてきとぼしかく燃料ねんりょう设计通常つうじょう赖被动的冷却れいきゃく,而是需要じゅよう使用しよう热交换器,让水ざい其中循环りゅう动,以将おとろえ变产せいてき热量带走。

ひや卻到一定程度的乏核燃料會從乏核燃料池中移出,にゅう特製とくせいてき乾式かんしき貯存おけこれ中長期ちゅうちょうきもうかそん,以騰とぼしかく燃料ねんりょうてき空間くうかんなみ做為最終さいしゅう處置しょちまえてきがえだい方案ほうあん

燃料ねんりょうなり份与长期放射ほうしゃせい

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さん种核燃料ねんりょうてき铀-233てき放射ほうしゃせい
三种核燃料的总放射性。

ざいかく燃料ねんりょう循环结束きさきかい产生てきはんおとろえ很长てき放射ほうしゃせい废物,而这些放射ほうしゃせい废物てき组成なり分与ぶんよ如何いか设计とぼしかく燃料ねんりょうてき废物管理かんりつくえせいゆうみつきりてき关系。とぼしかく燃料ねんりょうちゅうてき锕系元素げんそ燃料ねんりょうてき长期放射ほうしゃせいゆう重要じゅうようてきかげ响。すえかくはん应堆てき种类以及使用しようてき燃料ねんりょうてき类别,とぼしかく燃料ねんりょうちゅうてき锕系元素げんそてき成分せいぶん也会ゆうしょ不同ふどう

现在以含有がんゆう钍的かく燃料ねんりょう为例らい说明这个问题。钍-232いち增殖ぞうしょくせい材料ざいりょう,它可以通过中子なかご俘获两个βべーたおとろえ从而产生きれ变物质铀-233。よし使用しよう钍的かく燃料ねんりょう循环しょ产生てきとぼしかく燃料ねんりょうかい包含ほうがん铀-233,而这种物质的はんおとろえ约为16まんねん。铀-233てきてき放射ほうしゃせいおとろえ变会强烈きょうれつかげ响到とぼしかく燃料ねんりょうてき放射ほうしゃせいきょく线,かげ响时间长达一ひゃくまんねんみぎ边图ちゅう显示りょうざい三种不同的乏核燃料中,铀-233对放射ほうしゃせいきょく线的かげ响。这三种燃料分别是含有反应堆级钚的钍燃料、含有がんゆうかく武器ぶき级钚てき燃料ねんりょう混合こんごう氧化ぶつ燃料ねんりょう。对于含有がんゆう钚的两种钍燃料ねんりょう以看いた铀-233てきはつはじめ含量它在だいじゅう万年内的衰变情况。混合こんごう氧化物的ぶってきとぼしかく燃料ねんりょうちゅうかけしょう铀-233,いん此在图中みぎ下角したすみてき3放射ほうしゃせい较低,而含有がんゆう钚的钍燃料ねんりょうよし含有がんゆうおとろえ变完全的ぜんてき铀-233,ざい此处仍有较强てき放射ほうしゃせい

所以ゆえん不同ふどうてきかくはん应堆使用しよう不同ふどうてきかく燃料ねんりょういん此产せいてきとぼしかく燃料ねんりょう成分せいぶん不同ふどう放射ほうしゃせいきょく线也あいどう

とぼしかく燃料ねんりょうくさ

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金属きんぞく纳米粒子りゅうしあずか

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すえくさ蚀电化学かがくてき研究けんきゅう[6][7],钼锝钌钯纳米粒子りゅうし对二氧化铀的腐蚀有强烈的影响。这项工作こうさく认为,とう氢(H2てき浓度较高时(氢在钢制废料容器ようき厌氧腐蚀的过程ちゅう产生),它在纳米粒子りゅうし处的氧化かい对二氧化铀产生保护作用。这个作用さよう以认为是いち牺牲阳极てき护方ほうただ这里牺牲てき阳极てき并不金属きんぞく,而是氢气。

さい终处

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かくさい处理以从とぼしかく燃料ねんりょう中分なかぶん离出不同ふどう成分せいぶん,如さい处理铀つぎよう锕系元素げんそきれ变产ぶつかく燃料ねんりょうふうそうてきある放射ほうしゃせい产物、以及ざいさい处理过程ちゅうしょ添加てんかてき试剂とうとう。经过さい处理きさき需要じゅよう遗弃てきぶつ质的たい积将かい大幅おおはば减少。 经处てきとぼしかく燃料ねんりょう也可以直接ちょくせつさく放射ほうしゃせい废物处理。

美国びくに计划ざいふか层的质结构中ふかうめ这些放射ほうしゃせい废物,如丝兰やまかく废物储藏しょ,它可以将かく废料ふう闭长达数せんねんひさ防止ぼうし它们かげ响人类环さかい[8]しか而,ざい2009ねん5がつ5にち美国びくにのうげんしゅ棣文ざい一次参议院听证会上说,丝兰やまさいさく储存はん应堆废料てき方案ほうあん[9]

关于かく废料さい终安全的ぜんてきそん储方ほういたりいま(2017)仍没有定ありさだ论。 とくこくあずかみず政府せいふやめ经不さい对进ぎょうかくさい处理。

另见

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参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ "Microstructural features of SIMFUEL - Simulated high-burnup UO2-based nuclear fuel", P.G. Lucuta, R.A. Verrall, Hj. Matzke and B.J. Palmer, Journal of Nuclear Materials, 1991, 178, 48–60.
  2. ^ Dong-Joo Kim, Jae-Ho Yang, Jong-Hun Kim, Young-Woo Rhee, Ki-Won Kang, Keon-Sik Kim and Kun-Woo Song, Thermochimica Acta, 2007, 455, 123–128.
  3. ^ Solution of Fission Products in UO2 (PDF). [2008-05-18]. (原始げんし内容ないよう (PDF)そん档于2008-09-10). 
  4. ^ Additional Information Concerning Underground Nuclear Weapon Test of Reactor-Grade Plutonium. U.S. Department of Energy. [2008-05-18]. (原始げんし内容ないようそん于2014-08-08). 
  5. ^ RWMAC's Advice to Ministers on the Radioactive Waste Implications of Reprocessing. Radioactive Waste Management Advisory Committee (RWMAC). 3 November 2002 [2008-05-18]. (原始げんし内容ないようそん档于2008ねん8がつ29にち). 
  6. ^ David W. Shoesmith. University of Western Ontario. [2008-05-18]. (原始げんし内容ないようそん于2008-05-14). 
  7. ^ Electrochemistry and corrosion studies at Western. Shoesmith research group, University of Western Ontario. [2008-05-18]. (原始げんし内容ないようそん于2012-02-07). 
  8. ^ [1]页面そん档备份そん互联网档あん) Testimony of Robert Meyers Principal deputy Assistant Administrator for the Office of Air and Radiation U.S. Environmental Protection Agency before the subcommitee on Energy and Air Quality Committee on Energy and Commerce U. S. House of Representatives, July 15, 2008
  9. ^ Hebert, H. Josef. Nuclear waste won't be going to Nevada's Yucca Mountain, Obama official says. Chicago Tribune. (原始げんし内容ないようそん档于2011-03-24).