[发明专利]核燃料循环再混合

说明书

本发明涉及核技术领域，特别是涉及带有热中子反应堆的核电站的铀钚氧化物核燃料。本发明的技术成果是开发了一种REMIX型燃料成分，允许从乏核燃料中回收的核裂变材料进入核燃料循环，并同时使用浓缩天然铀，以及确保解决处理以前分离的钚(包括武器级钚)的问题。通过在核反应堆寿命期间回收乏核燃料中的裂变材料，减少乏核燃料的数量(最多可回收5次)，节省用于燃料制造的天然铀，并因此确保核燃料循环的自足性。本发明使得利用REMIX‑燃料来解决可能对封闭式核燃料循环造成的全部问题成为可能，同时考虑到反应堆的数量、天然铀的可用性、乏核燃料的累积量。

技术领域

本发明属于核技术领域，特别是属于带有热中子反应堆的核电站的氧化物铀钚核燃料。

背景技术

目前，俄罗斯积累了约2.25万吨加工过的核燃料，每年从反应堆卸下的加工过的核燃料增加了650-700吨。乏核燃料管理战略设想了两种选择：利用铀和钚的回收和放射性废物的调节对乏核燃料进行后处理，或在地质构造中直接处置乏核燃料。

处理乏核燃料的最有效方式是将其纳入封闭的核燃料循环，对乏核燃料中含有的裂变材料(铀和钚)进行再处理并返回燃料循环(回收)。封闭式核燃料循环可以使用快中子和热反应堆来实现。在这种情况下，快速反应堆的燃料(混合氧化物核燃料)是铀-钚氧化物燃料，它是由贫化的废铀和从废核燃料中回收的钚制成。

通过使用REMIX燃料作为核电站燃料，包括从乏核燃料中分离出来的铀和钚，对部分再生铀进行浓缩，并加入浓缩天然铀，以提供与浓缩天然铀燃料同等的能量潜力(用于水动能反应堆)，可以实现带有热中子反应堆的封闭核燃料循环。

一种已知的用于核电站水冷热中子反应堆的燃料成分[专利号RU 2537013，2014年12月27日公布]，被选作原型，包括再生钚和氧化物形式的浓缩铀的混合物。浓缩再生铀被用作浓缩铀，其成分比例由能量潜力决定，相当于由浓缩天然铀提供100％反应堆堆芯负荷的新制备的核电站燃料的潜力。

特别是对于典型的乏核燃料燃烧量为50吉瓦*天/吨的水-水反应堆-1000来说，该成分含有回收的钚，其浓度高达5.25％的钚和4.2-3.5％的铀-235，与其他同位素混合在一起，同时提供与铀-235含量为4.33％的新鲜天然铀燃料相同的能量潜力。该成分可能含有再生钚和部分未经浓缩就与之一起回收的铀。

已知的燃料成分在专用间歇式反应堆中以最大燃耗模式进行辐照，过载次数增加，因此，就铀235同位素数量而言，这种乏核燃料(或整个乏核燃料)不再有兴趣在封闭式核燃料循环中循环使用。

在使用Purex工艺对乏核燃料进行后处理后，在与部分回收铀的混合物中获得钚的再提取，在后续阶段获得的铀的再提取被蒸发和脱硝，氧化铀被氟化，所产生的六氟化铀被铀-235富集到其含量为5-6％。该产品被脱氟，氧化物被溶解在上述再萃取物中，以达到计算的同位素组成。混合产品被脱硝，由此产生的铀和钚氧化物混合物的固体溶液被用于制造燃料颗粒，然后是燃料组件。可以在浓缩再生铀中加入少量(最多10％)的浓缩天然铀，以调整能量潜力。

已知燃料成分的缺点包括需要使用单独的技术路线来浓缩作为燃料成分之一的再生铀。

发明内容

本发明的目的是开发一种REMIX型燃料成分，其能量潜力相当于由浓缩天然铀制成的新制备的核电站燃料，并为热反应堆堆芯提供100％的装载。

本发明的技术成果是开发了一种REMIX型燃料成分，允许从乏核燃料中回收的核裂变材料进入核燃料循环，并同时使用浓缩天然铀，以及解决处置以前分离的钚(包括武器级)、减少乏核燃料和在前述期间内从乏核燃料中回收裂变材料的问题。