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美国产氚技术路线的选择及现有氚设施

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美国产氚技术路线的选择及现有氚设施 28 小小资资料料 国外核新闻2005.3 乏燃料 匈牙利的乏燃政策是,乏燃料先在厂区 水池中贮存 5年时间,然后再根据协议将乏 燃料运往前苏联。1992年春,俄罗斯国会通 过了禁止进口外国乏燃料的环境法。但是波 克什仍然继续将乏燃料送往俄罗斯,并一直 持续到 1995 年 2 月。俄罗斯有关进口国外 乏燃料的政策已在 2001 年发生了改变,俄 罗斯总统普京于 2001年 7月 11日签署了允 许俄罗斯进口外国乏燃料的法案。 1995年 2月 4日,HAEC为匈牙利电力 公司在波克什...

美国产氚技术路线的选择及现有氚设施
28 小小资资料料 国外核新闻2005.3 乏燃料 匈牙利的乏燃政策是,乏燃料先在厂区 水池中贮存 5年时间,然后再根据协议将乏 燃料运往前苏联。1992年春,俄罗斯国会通 过了禁止进口外国乏燃料的环境法。但是波 克什仍然继续将乏燃料送往俄罗斯,并一直 持续到 1995 年 2 月。俄罗斯有关进口国外 乏燃料的政策已在 2001 年发生了改变,俄 罗斯总统普京于 2001年 7月 11日签署了允 许俄罗斯进口外国乏燃料的法案。 1995年 2月 4日,HAEC为匈牙利电力 公司在波克什厂区建造乏燃料中间干式贮 存设施颁发了许可证。波克什核电厂的管理 层选择了GEC Alsthom公司的模块式干式贮 存技术。在一份与当地政府签署的协议中, 波克什电厂保证,只要俄罗斯继续接收乏燃 料,该电厂就不会在干式贮存设施中贮存乏 燃料。该干式贮存设施的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 寿期是 50 年 时间,应当在 1996年投入使用。 废物管理 匈牙利对中低放废物(LLW/ILW)的处 置战略是对这些废物进行混凝土固化,然后 装入钢容器中进行浅地层处置,处置时间为 600 年。自 1986 年以来,由于公众反对在 Puspokszilagy处置场处置废物,波克什电厂 产生的中低放废物一直在原地贮存。 (伍浩松 撰稿) 美国产氚技术路线的选择及现有氚设施 氢的同位素氚是热核武器必需的核材 料,可增强核武器的威力。与其他核材料不 同,氚的半衰期仅为 12.3 年,每年衰变 5.47%,不能无限期地储存或重复利用,因 此必须定期更换核武器中的氚。从 1953 年 开始,美国的氚一直由萨凡纳河场区(SRS) 的重水反应堆负责生产,但 1988 年萨凡纳 河的产氚反应堆因安全和运行方面的原因 而停堆,停止了氚的生产。为了弥补由于氚 衰变所带来的损失,美国采用对核弹头中的 氚进行循环使用的政策,即将从已拆除和退 役核武器中卸下的氚处理后重新用于核武 器。 鉴于美国没有氚生产能力,而氚的半衰 期较短,损耗量大,1993 年美国国防部 (DOD)和能源部(DOE)提出应制订一份 氚的生产 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 。在 1994年通过的国防法中, 国会要求 DOE研究并于 1995年 3月前确定 氚的生产 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。1995年 12月 6日,美国能 源部颁布了双轨途径生产氚的计划: 第一种方案(如图 1)是利用商业轻水 堆来生产氚,先将含锂的吸收棒放入反应堆 中接受辐照,使部分锂转化为氚,然后再将 辐照后的吸收棒运到专门的氚提取设施,以 提取氚。 第二种方案(如图 2)是建造一台产氚 专用加速器(APT)来生产氚。该加速器将 质子加速到接近光速,然后撞击钨靶,释放 出能用于将氦转化为氚的中子。这种方案不 需要建造氚提取设施,其主要设备如下: y 注入器:注入器通过电离氢原子获得 质子,然后对质子进行加速形成低能质子 束。 y 加速器:加速器的主要作用是在质子 29 小小资资料料 国外核新闻2005.3 束进入靶区前,将低能质子束加速到必要的 能量。 y 氚生产:高能质子束撞击钨和铅靶, 通过散裂反应生成中子。接着中子被慢化 并被氦-3 俘获,生成氚。APT 的靶/转换 区将在低温和低压下运行,并且会积累很 少的氚。 y 氚分离:回收和提纯氚。该项工艺所 需技术目前已经过了全规模成功示范。此 外,该工艺还被设计用于防止放射性氚发生 泄漏,并已经过测试。 两种方案的比较 与加速器产氚方案相比,民用反应堆产 氚的优势主要有 2个:首先是投资少,建造 一台加速器需要 90 亿美元,而利用瓦茨巴 电厂的轻水堆产氚在 40 年时间里仅需要 11 亿美元;第二,利用民用反应堆产氚是一项 比较成熟的方案,这种方法产氚不是一门新 的科学,甚至也不是新的工程。 与民用反应堆产氚相比,加速器产氚方 案也具有自己的优势: y 首先是在公共安全方面,反应堆废物 的危险性是加速器废物的 50 倍。尽管反应 堆发生事故并向外界释放放射性的概率很 低,但从公共安全的角度来说,加速器更加 安全。DOE的研究表明,民用反应堆产氚的 危险性比加速器产氚高出 1000 倍,DOE 的 这个结论主要基于以下 2点:①加速器能够 以比较稳定的速度生产氚,而民用反应堆方 案则需要一个 18个月的辐照期; ②当有异 常情况发生时,关闭加速器十分容易,而关 闭反应堆的难度则要大得多。 生产用于产氚的 吸收棒元件 整合辐照 后的棒 组装元件 棒组件 在 TVA反应 堆中辐照 将氚交付氚装载 设施,以支持核武 器库存管理计划 氚装载 设施 棒的处置 从棒中 提取氚 将辐射后的棒 运往 SRS 图 1 商业反应堆产氚的流程图 30 小小资资料料 国外核新闻2005.3 y 其次,在核不扩散方面,加速器将仅 生产氚,不会生产出核武器所需的其他材 料,而民用反应堆产氚则会给不扩散带来负 面影响。 y 此外,产氚加速器的非军事应用非常 广泛,例如可以生产医用放射性同位素、通 过嬗变降低核废物的放射性、在生产能量的 同时不会产生长寿命核废物、生产用于空间 动力的材料、研究辐射损伤、以及为基础及 应用研究提供中子等。 美国政府的选择: 1998年 12月 22日,美国 DOE宣布利 用商用轻水反应堆作为生产氚的首选方式, 而设计建造加速器仅被作为备用方案,同时 选中了田纳西流域管理局(TVA)的瓦茨巴 核电厂和塞利亚核电厂为DOE长期提供氚。 2000年 1月 1日,DOE同 TVA签订的氚供 应 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 正式生效。2002年 9月 24日,美国 核管理委员会(NRC)发放了批准瓦茨巴核 电厂生产氚的许可证,该厂反应堆在每个换 料周期内最多可以使用 2304 根产氚可燃吸 收棒(TPBAR)。2002 年 10 月 1 日,核管 理委员会又发放了批准塞利亚核电厂生产 氚的许可证,该厂反应堆在每个换料周期内 最多可以使用 2256 根 TPBAR。2003 年 10 月,TVA工作人员将 240根 TPBAR插入瓦 茨巴核电厂的反应堆中,经过 18 个月的辐 注入器 射频系统 射频四级 漂移管型直 线加速器 耦合腔型直 线加速器 氚分离设施 靶/转换区 高能束输运 图 2 产氚加速器的系统组成 31 小小资资料料 国外核新闻2005.3 照期后,这批 TPBAR将于 2005年 4月从反 应堆中卸出,然后运往目前正在萨凡纳河场 区建造的氚提取设施中提取氚。 美国的氚生产与处理设施包括: 武器工程氚设施(Weapons Engineering Tritium Facility, WETF):该设施位于洛斯 阿拉莫斯国家实验室(LANL),1989年投入 运行,并于 2004年 11月投入全面运营,主 要进行氚加工活动以及开发处理氚所需的 技术和工艺,厂房面积约 740 m2(8000 ft2)。 氚科学与制造设施(TSFF)和氚系统实验装 置(TSTA )的任务已经部分或全部转移到 该设施上:TSTA已于 2003年在完成稳定化 处理工作后被最终关闭。WETF的主要任务 有 3项: y 核武器助爆系统的研究和开发,其中 包括处于开发阶段的助爆系统试验(每年可 进行 15次)、气体分析、环境贮存、材料科 学研究以及为重要的研究活动提供支持。 y 支持惯性约束聚变研究,其中包括进 行相关的研究和开发活动以及为国家点火 装置(NIF)和罗切斯特大学制造靶。 y 中子管靶装载,主要涉及将氚装入在 桑迪亚国家实验室组装的中子发生器部件。 氚科学与生产设施(Tritium Science and Fabrication Facility, TSFF):该设施位 于洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL),于 1974 年投入运行。在 1974—1993 年期间, 该设施被称为氚盐设施( Tritium Salt Facility),并为核试验提供支持;1993 年之 后,该设施改用目前的名称,该设施拥有氚 处理管线和专门的分析设备,可进行有关氚 化合物的研究,并能够处理大量氚。该设施 的工作之一是中子管靶装载。LANL目前计 划将此项任务转移到武器工程氚设施 (WETF)。预计 WETF 的相应设备在 2004 年11月投入全面运营后,LANL将会把TSFF 从核设施名单中删除。 氚系统实验装置(Tritium Systems Test Assembly, TSTA):装置位于洛斯阿拉莫斯 国家实验室(LANL),1982 年建成,1984 年首次使用氚进行实验,于 2003 年在完成 稳定化处理工作后被最终关闭。该设施的主 要工作是开发、示范和集成与大规模聚变反 应堆系统的氘-氚燃料循环有关的技术,并拥 有加工聚变燃料所需的所有设备。这些设备 都是全规模的,并且被完全整合成一个完整 的氚加工“环”(见图 3)中。TSTA的主要 研究领域包括氚 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 、同位素分离、燃料提 纯、去除氚中的水及其它杂质、氚贮存和衡 算、气体排出物加工、材料兼容性、去污和 退役技术、控制系统、系统模拟、以及氚在 设备内的迁移和清除。 氚 提 取 设 施 ( Tritium Extraction Facility,TEF):TEF 位于萨凡纳河场区 (SRS),是一座处于建设阶段的设施。该设 施将有 3幢重要建筑:远程处理厂房(RHB)、 氚加工厂房(TPB)和氚辅助厂房(TSB)。 TEF的建造工作始于 2000年,截至 2004 年 7月,该设施已完成 84%的建设工作,其 中包括 2幢重要建筑(RHB和 TPB)的建设 工作。预计该设施将于 2005 年使用惰性气 体进行试运行,并于 2007年正式投入使用, 总投资约为 3.834亿美元。 萨凡纳河技术中心(Savannah River Technology Center, SRTC):该中心位于萨 凡纳河场区,是一家应用研发实验室,一直 32 小小资资料料 国外核新闻2005.3 并将继续在研究和开发氚的分离和贮存技 术方面发挥核心作用。该中心约有 770名工 作人员,共有 5个技术部门:废物处理技术 部、环境科学与技术部、战略材料技术部、 工程设备与系统部、以及高放废物管理部。 SRTC 目前正在建设一座新的实验室——氢 技术研究实验室(Hydrogen Technology Research Laboratory,HTRL)。HTRL 占地 5600 m2(6万 ft2),将专门进行有关氢的研 究和开发。按计划,HTRL将于 2005年建成 并投入使用。 氚设施(Tritium Facilities, TF):该设 施位于萨凡纳河场区,为美国提供了满足核 武器生产和非武器用途的氚加工能力。氚设 施共有 4座主要的工艺厂房。其中 3座厂房 232-H、234-H和 238-H是萨凡纳河最早建成 的建筑。这些厂房仍在进行许多重要的操 作,其中包括以前使用过的库存氚的再生, 库存氚的接收、包装和运输,以及氚气的再 循环和浓缩。此外,这些厂房中还有一些重 要的实验室和维修车间。233-H 是一座于 1986 年秋开始建造,并于 1994 年投入全面 运行的较新建筑,在该厂房中进行的操作包 括将氚气从库存核武器中卸下返回库存、分 离有用的氢同位素(氚和氘)、提纯氢同位 素并将这些气体混合以便能满足库存要求。 DOE于 2002完成了对这 4幢厂房设备的更 新改造工作,改造费用约为 1亿美元。 (伍浩松 撰稿) 氚的监测 与贮存 运输与 接收 抽运系统 气体分析 与存量 氢化物 贮存 氢、氘、氚 及杂质 杂质 氢、氘、氚 氚化水 实验 同位素 分离 纯化和氚 回收 排放处置 烟囱 氢、氘 图 3 TSTA的聚变燃料加工系统图 氚
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分类:军事
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