[发明专利]超铀燃料及其制备方法和嬗变方法

说明书

本发明公开了一种超铀燃料及其制备方法和嬗变方法。该超铀燃料包括基盐和超铀元素的氟盐，其中，所述超铀元素包括钚元素(Pu)和次锕系元素(MA)，所述次锕系元素的含量不低于50％。该超铀燃料的嬗变方法包括将所述超铀燃料作为液态熔盐堆的燃料并运行所述液态熔盐堆。该超铀燃料的制备简单可行，该超铀燃料的嬗变方法实现了较好的负温度反馈，保证了液态熔盐堆的固有安全性。

技术领域

本发明属于核反应堆工程设计领域，具体涉及一种超铀燃料及其制备方法和嬗变方法。

背景技术

当前商用堆燃料循环采用“一次性”通过循环方式和固态燃料组件，燃料利用率低，乏燃料中高放射性的超铀元素(TRU)含量高，是目前核能长期健康发展面临的一大难题。回收利用超铀元素是解决降低当前核废料储存，实现核能可持续发展的有效途径之一。由于乏燃料中TRU中易裂变元素含量高(＞50％)，可以作为液态熔盐堆的燃料，利用液态熔盐堆回收利用TRU是有效手段之一。但是由于TRU中易裂变元素(例如Pu239和Pu241)在热中子能量(0.02eV～0.04eV)范围内存在明显的裂变共振峰，会引起正温度反馈，不利于液态熔盐堆运行的固有安全性。改善TRU引起的正温度反馈问题是液态熔盐堆回收利用TRU的首要问题之一。

发明内容

本发明为了克服现有技术中液态熔盐堆回收利用超铀元素(TRU)存在正温度反馈问题的缺陷，从而提供了一种超铀燃料及其制备方法和嬗变方法。该超铀燃料的制备简单可行，该超铀燃料的嬗变方法实现了较好的负温度反馈，保证了液态熔盐堆的固有安全性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种超铀燃料，其包括基盐和超铀元素的氟盐，其中，所述超铀元素包括钚元素(Pu)和次锕系元素(MA)，所述次锕系元素的含量不低于50％，所述百分比为所述次锕系元素占所述超铀元素的摩尔百分比。

本发明中，所述次锕系元素的含量较佳地为55％～65％，更佳地为60％，所述百分比为所述次锕系元素占所述超铀元素的摩尔百分比。

本发明中，所述次锕系元素可为本领域常规，一般包括镎(Np)、镅(Am)、锔(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、锿(Es)和镄(Fm)各自同位素中的一种或多种。

较佳地，所述次锕系元素包括Np、Am和Cm各自同位素中的一种或多种。

更佳地，所述次锕系元素包括Np-237、Am-241、Am-243、Cm-242、Cm-243、Cm-244、Cm-245、Cm-246、Cm-247和Cm-248中的一种或多种。

更佳地，所述次锕系元素包括Np-237、Am-241、Am-243、Cm-244和Cm-245。

最佳地，所述次锕系元素包括Np-237(50.4％)、Am-241(27.2％)、Am-243(15.2％)、Cm-244(6.4％)和Cm-245(0.8％)，所述百分比为各核素占所述次锕系元素总摩尔数的摩尔百分比。

本发明中，所述钚元素可包括钚的同位素中的一种或多种，具体地包括Pu-238、Pu-239、Pu-240、Pu-241和Pu-242中的一种或多种。

较佳地，所述钚元素包括Pu-238、Pu-239、Pu-240、Pu-241和Pu-242。

更佳地，所述钚元素包括Pu-238(3.1％)、Pu-239(52.4％)、Pu-240(24.6％)、Pu-241(12.2％)和Pu-242(7.7％)，所述百分比为各核素占所述钚元素总摩尔数的摩尔百分比。

本发明中，所述超铀元素的氟盐较佳地为TRUF₃。

本发明中，所述基盐可为液态熔盐堆常规使用的基盐，较佳地为FLiBe，其中Li的丰度一般为99.995％。