MOX混合燃料,核能再循环

法国梅洛厂
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MOX燃料综述

今天的MOX燃料

从反应堆中卸出后的轻水燃料的成份 从反应堆中卸出后的轻水燃料的成份
在上世纪六十年代末,法国核工业开始寻求乏燃料后处理。后处理工艺得到了开发,通过对乏燃料不同成份进行分选而使96%的部分实现再循环。
分选得到的铀和钚可使用于制造新的燃料组件。钚同贫铀结合,制造成MOX燃料。MOX燃料是一种钚和铀氧化物的混合物。在最常见形式的MOX燃料中,约10%是钚。它可用于目前世界上所有各种在运反应堆中,无论是压水堆还是沸水堆。自从MOX燃料在1972年在德国反应堆首次应用以后,全世界已有44座反应堆使用这种燃料。

自从1972年以来,全世界有44座反应堆使用MOX燃料,这些反应堆是:

  • 法国22座反应堆
  • 德国10座反应堆
  • 日本5座反应堆
  • 瑞士3座反应堆
  • 比利时2座反应堆
  • 荷兰1座反应堆
  • 美国1座反应堆
MOX燃料解决了今天面临的问题。它符合我们社会实现资源最大程度再循环的需求。 法国早在上世纪六十年代就向自己提出这个问题。采用这种工艺方法,我们能用8根乏燃料组件生产出一根回收铀燃料和一根MOX燃料。这对节省原材料具有重要意义。
Jean-Philippe Madeleine, Melox工厂厂长
法国10%的核电是用MOX燃料发电的。 法国10%的核电是用MOX燃料发电的。
当前,欧安诺是唯一 一家生产制造MOX燃料组件的公司,它是在法国梅洛(Melox)厂进行MOX燃料生产的。该厂于1995年运行,每年生产的MOX燃料足以供应给25至30座反应堆,作为浓缩铀燃料的补充。随着第二条粉末混合生产线(即MOX燃料制造的第一步)安装完成,其产能也增加。此新生产线有利于生产满足各种客户技术要求的混合物,更加保障及时交货。
Melox厂MOX燃料年产量 Melox厂MOX燃料年产量

MOX燃料制造各阶段

第1阶段:粉末混合均匀

一次混合料是通过对钚氧化物,贫铀氧化物和熟料(芯块废料)的粉末混合而成。在这一阶段,钚的比例稍少于30%。将贫铀加到本混合物中,以获得3%至12%的钚含量(具体取决于顾客要求)。这种钚混合物同使用该MOX燃料的反应堆环境是相符的,

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第2阶段:燃料芯块制造

将得到混合物压实成芯块形状,然后放进高温炉中锻烧,在炉中混合物转换成陶瓷。这就称为烧结。将燃料芯块在两个研磨轮之间进行研磨,直到达到所要求的误差近似于微米的直径。 不符合规格的芯块送回到工序首端作为熟料再利用。

第3阶段:从芯块到组件

将芯块插入用锆合金制成的燃料管中,称为“燃料棒”。每根燃料棒约为4米长,由大约320个芯块组成,实际数量视顾客要求而定。然后,对燃料棒进行仔细清洁和检查。

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1个MOX燃料组件能为人口达10万居民的城市供应1年的足够电力 1个MOX燃料组件能为人口达10万居民的城市供应1年的足够电力
用一金属结构件将燃料棒捆成棒束,即成为传统的“燃料组件”。它就是交付给顾客的最终成品。燃料组件也要经过制造检验,以验证其未来在反应堆中的性能。
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为什么选择MOX燃料?

MOX燃料的优点

理论上,MOX燃料具有明显优势。MOX燃料是核电站保护铀资源所采用的有效燃料。它的制造将核工业产生的最终废物的数量减少到五分之一。尤其MOX燃料为处理高放射性钚问题提供了一种方法。
再循环到MOX燃料中的1克钚能生产出相当于1吨油所生产的电力 再循环到MOX燃料中的1克钚能生产出相当于1吨油所生产的电力
运行反应堆所产生的钚库存数量是电力公司面临的一个十分严重的问题。通过选择使用MOX燃料,电力公司可立即解决这个问题,因为这样它们就能将其反应堆今天产生的钚全部用掉,从而使钚库存量保持平衡。不使用MOX燃料就等于必须长期储存钚,并且其数量日益增长,将钚库存的管理工作留给下一代。
Jean-Philippe Madeleine, Melox 工厂的厂长

MOX燃料回应了诋毁者

MOX燃料诋毁者的理由自从通过再循环制造MOX燃料的早期以来并没有多大改变:MOX燃料被认为毒性太高,生产费用太昂贵,并且它含有钚这一事实也被认为会导致转为国防用途的风险。对于Melox工厂的厂长 Jean-Philippe Madeleine来说,这种批评是不公平的。

与鈈的处理有关的风险特别要求采取防范措施,以确保钚的安全密闭性 。这些措施在Melox工厂设计时就已经考虑到。迄今为止,我们从卡达拉什(Cadarache)到Melox工厂已经有25年钚处理经验,从未发生重大事故。

MOX燃料的成本效益问题是个永久性争论的话题,这主要取决于人们所持的观点。MOX燃料的生产需要成本,但是值得注意的是:使用MOX燃料最多的电力公司---法国电力公司(EDF)的发电成本是欧洲最低的。

MOX燃料有助于美国军用钚的管理

在同俄罗斯签订了裁军协议后,美国政府当局同意将34吨军用钚转为非军事用途,决定发展特殊的MOX燃料设施对这些钚进行再循环利用,用作商业发电燃料。

钚最终在MFFF设施(MOX燃料制造设施)中进行处理。该设施项目开始于2007年,在美国南卡罗来纳州萨凡纳河开工建设,原来是一个核场址,最近几年重新转为进行燃料再循环业务。

美国人已要求为这个项目采用欧安诺的技术。除了基于阿格工厂和梅洛(Melox)工厂的运营经验提供技术建议外,欧安诺还为MFFF设施的100名工人提供培训。

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MOX燃料全球展望

MOX是再循环利用的燃料,是将乏燃料中的钚进行重新利用。MOX燃料并非仅限于法国,而是目前世界许多重要项目的焦点。

MOX燃料在欧洲

MOX燃料在欧洲得到了持续广泛的应用。尽管德国连同核电发电一起抛弃MOX燃料,但法国电力公司(EDF)在其在法国的20多座反应堆中继续使用MOX燃料。荷兰也为其唯一一座反应堆选择MOX燃料。

在英国的Sellafield场址,英国政府必须为从乏燃料中回收的140吨钚找到再循环利用方案。为满足这一要求,同时确保核燃料供应,2011年英国政府确定在MOX中使钚再循环利用是“最可信的并且技术上最成熟的方案”。欧安诺的Convert项目为英国政府提供了核燃料管理综合解决方案,即在Sellafield场址建造并运行一条新MOX燃料组件生产线。这个工厂将使用欧安诺Melox的技术。

MOX燃料在亚洲

日本将继续使用MOX燃料

日本电力公司联盟(FEPC)确认:日本核电站的18座反应堆中有16座反应堆将在重新启动后继续使用MOX燃料。2017年,欧安诺交付了MOX燃料组件给关西电力高浜核电厂。同年,欧安诺与日本NFI(核燃料工业)签署了用于关西电力高浜核反应堆中的32个MOX燃料组件的制造合同。

作为日本的长期供应商,欧安诺正在同日本核燃料有限公司一起参与该国MOX燃料制造厂(称为J-MOX)的建设。技术上大量吸收欧安诺Melox厂的成果,Melox厂是全球在MOX燃料生产方面领先的企业,并定期受益于法国场址的运营经验。欧安诺也正在为未来J-MOX燃料制造厂的专家们提供培训。该制造厂位于本州岛最北部分的六所村场址。估计产能达到年产130吨MOX燃料。

MOX燃料,是适用于中国的解决方案吗?

中国正在成为世界领先的核电强国,目前在建和审批中的核反应堆超过40座。因此,中国正在同法国合作,密切关注燃料再循环问题。使用MOX燃料也似乎成为中国核电站日益增长的燃料需求的合乎逻辑的答案。中国的项目对我们非常重要,因为它表明乏燃料再循环是个需要解决的问题,中国认可我们在这一领域的专业技术。
Pascal Aubret, 欧安诺核燃料后处理再循环事业部总监
随着中国的核反应堆数量快速增长,中国将必须保证其核电站的燃料供应。几年前,负责中国核燃料经营管理的中核集团,启动了核燃料处理和再循环重大项目。未来的工厂将对乏燃料进行再循环利用,生产出新的MOX燃料。该项目将采用欧安诺阿格厂和梅洛工厂所使用的技术线路建造,中方正在选定项目场址,该处理厂预计在2030年前投运。欧安诺集团将为其未来运行人员提供培训。
设计的工时量和各种设备采购量将使中国这座未来工厂成为非常宏伟的工程项目,在财务方面对欧安诺也是非常重要的。另外,根据中国核电建设规划,一座乏燃料处理厂是不够的。很快将要建设其他设施。
Jean-Pierre Gros, 欧安诺负责中国再循环建议书的主任

MOX燃料的明天

所以,MOX燃料让许多已经选择核电的国家能够管理其钚库存,并为其日益增多的反应堆供应燃料。所有第三代反应堆,比如EPR型反应堆,都可以使用MOX燃料。从更长远看,目前正处在设计阶段的基于快中子概念的第四代反应堆,可以实现对钚的最佳利用。这将要求从MOX概念衍生出合适的燃料。
我们当前有能力制造出适合于目前在役的或在建的大多数反应堆的MOX燃料组件。所以,在未来几年,是否使用MOX燃料,将是摆在世界各核电公司面前的重要问题。我们会使他们相信使用MOX燃料具有巨大优势!
Pascal Aubret, 欧安诺核燃料后处理再循环事业部总监
梅洛再循环厂
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