[发明专利]乏燃料储存装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种乏燃料储存装置，属于乏燃料处理技术领域。乏燃料储存装置包括存储罐体和屏蔽复合混料，存储罐体包括钢质外面板、钢质内面板、位于内外面板之间的预制波纹板，外面板与预制波纹板之间、预制波纹板与内面板之间分别采用钎焊工艺连接；外面板与内面板之间的间隙内填充屏蔽复合混料。本发明目的在于克服现有乏燃料储存装置存在的缺陷，其制备工艺简单、耐冲击性强、成型性佳及中子屏蔽效果优越。本发明还公开了上述乏燃料储存装置的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种核材料存储装置，具体讲是一种乏燃料储存装置及制备方法，属于乏燃料处理技术领域。

背景技术

在我国新一轮的能源发展规划中明确提出新能源的开发与利用，特别是核能的利用受到越来越多的关注与推广。虽然核裂变可以利用少量的核燃料产生大量的电力，且核裂变本身不会产生污染，但其裂变所产生的乏燃料会产生中子、γ射线、二次γ射线及其它带电粒子和高能射线，其衰变周期一般为上万年至十万年，所以必须进行合理地处置与储存。当前乏燃料储存的方式主要有三种：1、短期贮存，也称为“湿法”贮存，一般以临时储存为主；2、中期贮存，也称为干式贮存，主要以中长期储存为主；3、永久贮存，将核废料和玻璃或者混凝土固化后深埋于地下层，直到其衰变结束，时间持续上万年，比如美国的尤卡山计划。此外，法国采用先进的闭式循环路线乏燃料的后处理技术，对高放废物和含有长寿期放射性元素的中核废物进行地质处置。法国阿格后处理厂年处理能力可达到1600吨，后处理能力不仅满足国内需求，同时能够为日本、西班牙、瑞典等其他国家提供服务。闭式循环技术是一种具有可行性和持续性的后处理技术，也是被世界其他国家所重视。

通常情况下，中子吸收材料一般是由具有较大中子吸收截面的元素和基体材料所组成，目前核工业中常用的中子吸收元素有硼(B)、钆(G_d)、镉(C_d)和钐(S_m)，其中B因其相对低廉的价格在核中子吸收材料领域运用最为广泛，起屏蔽作用的是丰度为20％的¹⁰B核素，热中子截面系数为3837barns。当前含硼的中子吸收材料有含硼不锈钢、B₄C/Al复合材料、硼铝合金、含硼有机聚合物、含镉、钆中子吸收材料等，其中含硼不锈钢中的¹⁰B核素含量较低，若采用富集硼则成本过高，无法大规模推广运用；另外，含硼有机聚合物主要是利用有机物中高含量的氢起到慢化作用，以便被¹⁰B核素吸收，当前应用最广泛的有机聚合物为高密度聚乙烯(HDPE)，但辐射诱导引起的聚合物交联结构的破坏使材料缩水失去它的橡胶弹性并形成破裂和缺口；目前核工业中应用较多的是B₄C/Al复合材料，其中美国的Metamic和Boral已经应用到乏燃料的储存中，并且技术被国外企业所垄断；此外镉虽然具有良好的中子屏蔽性能，但其有毒且耐腐蚀性能较差，不适宜大规模使用。

相对来说，我国在乏燃料干式贮存方面的研究起步较晚，大部分均处于试验阶段。截至2015年3月，我国在运核电机组共计23台，总装机容量为21395MW。从确定发展核电开始，我国就确定采用“闭式燃料循环”的后处理政策。2010年7月，国家财政部、发改委、工信部下发《核电站乏燃料处理处置基金征收使用管理暂行办法》，规定乏燃料处理处置基金按照核电厂已投入商业运行五年以上压水堆核电机组的实际上网销售电量征收，征收标准为0.026元/千瓦时。随着我国核电的快速发展，乏燃料的产生量和累积量呈逐年上升趋势。数据显示，截至2013年6月，除秦山三期核电站两台重水堆机组产生的乏燃料不需要后处理，红沿河、宁德等机组刚投产尚未产生乏燃料外，其他13台机组已累计产生乏燃料约2200吨。按照国家“2020年核电装机总容量达到5800万千瓦”的发展规划，如按乏燃料在堆贮存8年后外运计算，到2020年，我国乏燃料累积总量将达到约8700吨，这无疑加大后续的存储与处理的压力。目前的乏燃料存储装置结构复杂、耐冲击性能较差，制作成型性差，中子屏蔽效果无法达到预期，其直接制约了核电工业的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种结构简单、耐冲击性强、成型性佳、中子屏蔽效果优越的乏燃料储存装置及制备方法。