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目录 1

第一章 前言 1

第二章 基准 4

2.1 燃料特性 4

2.2 概念流程 4

2.3 燃料元件 5

2.4 燃料负荷 7

2.5 FBR燃料中重元素的同位素分布 10

2.5.1 铀和镎 10

2.5.2 钚 10

第三章 工艺过程的描述 12

3.1 机械首端处理 12

3.2 燃料粉末的贮存和气动输送 16

3.3 铀的回收——反应器A的操作 18

3.4 钚的回收——反应器B的操作 24

3.5 钚的净化和与UF6的分离 25

3.6 UF6的净化 29

3.7 六氟化物转化为氧化物 31

3.8 排气处理 32

第四章 工艺过程的设计基础和分析 35

4.1 一般性考虑 35

4.1.1 连续和间歇操作 35

4.1.2 工艺容器的设计 36

4.1.2.1 氟化器的设计 37

4.1.2.2 冷阱的设计 37

41.3 工艺过程的仪表设备 38

4.1.2.3 吸附器的设计 38

4.2 首端过程 40

4.2.1 首端过程的主要特征 40

4.2.2 首端过程设备的工程设计 41

4.2.2.1 一般设计考虑和技术现状 41

4.2.2.2 机械脱壳用的球磨机 42

4.2.2.3 另一种机械脱壳概念 45

4.2.2.4 燃料粉末的贮存系统 47

4.2.3 首端过程的仪表设备 49

4.2.4 首端过程的物理和化学基础 49

4.2.4.1 氧化物燃料与包壳的分离 50

4.2.4.3 裂变产物气体的释放 51

4.2.4.4 燃料和固体物流的输送与监测 51

4.2.4.2 首端过程中燃料颗粒的筛分 51

4.2.4.5 渗钠燃料的处理 52

4.2.5 首端过程的废物 54

4.3 反应器A中的氟化 54

4.3.1 工艺步骤的概述 54

4.3.2 设计考虑 58

4.3.2.1 UF6的生产速率 58

4.3.2.2 氟气的消耗 59

4.3.2.3 PuF6的生成 59

4.3.2.4 热负荷 59

4.3.3 反应器A的描述及其机械特性 60

4.3.3.1 气体分布器 61

4.3.3.2 自由空间 61

4.3.3.3 过滤器 61

4.3.3.4 冷却剂系统 61

4.3.3.4 反应器壁的设计 62

4.3.4 辅助设备 63

4.3.4.1 冷阱 63

4.3.4.2 气体循环压缩机 65

4.3.4.3 气动输送器 65

4.3.4.4 氧化物燃料和氧化铝的输送器 66

4.3.5 工艺过程的仪表设备 66

4.3.6 物料衡算 68

4.3.7 正常和反常操作 69

4.3.8 反应器A中的物理和化学过程的描述 72

4.3.8.1 氟化反应 72

4.3.8.2 在FP-1阱中裂变产物从UF6物流中的去除 74

4.3.8.3 氟化物在CT-1阱中的冷凝 81

4.3.9 固体废物物流 84

4.4 钚在反应器B中的氟化 90

4.4.2 氟化器B及其辅助设备的设计考虑 90

4.4.1 工艺步骤的概述 91

4.4.3 工艺过程的仪表设备 94

4.4.4 物料衡算 94

4.4.5 反应器B中的物理和化学过程的描述 97

4.4.5.1 氟化反应 97

4.4.5.2 裂变产物在FP-2阱中的去除 99

4.4.5.3 锕系元素和裂变产物在CT-2阱中的冷凝 101

4.4.5.4 从各种气流中回收钚 105

4.4.6 固体废物物流 105

4.5.2 PuF6净化设备的设计 107

4.5.2.1 料罐 107

4.5.1 工艺步骤的概述 107

4.5 钚的净化和与UF6的分离 107

4.5.2.2 热分解器-再氟化器 110

4.5.2.3 冷阱CT-3 111

4.5.2.4 吸附阱LiF-1 112

4.5.3 工艺过程的仪表设备 113

4.5.4 物料衡算 113

4.5.5 PuF6净化的物理和化学过程 113

4.5.5.1 CT-1阱和CT-2阱中的冷凝物至料罐的输送 116

4.5.5.2 料罐中裂变产物的行为和辐解 118

4.5.5.3 PuF6在TD-1中的热分解 120

4.5.5.4 热分解器流出物中钚的回收 123

4.5.5.5 纯PuF6的生产 124

4.6.1 工艺步骤的概述 125

4.6 UF6的净化 125

4.5.6 固体废物处理 125

4.6.2 UF6净化设备的设计 128

4.6.2.1 精馏单元 128

4.6.2.2 MgF2阱 135

4.6.2.3 NaF-UO2F2阱 136

4.6.3 UF6产品的处置 138

4.6.4 UF6产品的组成 140

4.7 混合六氟化物转化为氧化物 140

4.7.1 工艺步骤的概述 143

4.7.2 工程和仪表设备 143

4.7.3 转化反应的化学 148

4.7.4 PuO2-UO2产品的包装 150

4.8 废气处理系统 151

4.8.1 工艺系统的概述 151

4.8.2.1 NaF-MgF2床 152

4.8.2 工程概况和设备设计 152

4.8.2.2 高温活性氧化铝床 153

4.8.2.3 碱石灰床 154

4.8.2.4 低温活性氧化铝床 154

4.8.2.5 分子筛干燥器 154

4.8.2.6 氧-氢反应器 154

4.8.2.7 氙-氪的压缩和贮存 154

4.8.3 仪表设备 155

4.8.4 物料衡算 155

4.8.5 废物处理化学 155

4.8.5.1 裂变产物和铀在NaF-MgF2上的保留 155

4.8.5.2 氟化物与加了热的活性氧化铝的反应 157

4.8.5.3 氟化物与碱石灰和低温活性氧化铝的反应 158

4.8.6 废气处理系统中的固体废物 159

第五章 工厂的设计概念 160

5.1 工艺室的设计 160

5.2 工艺室的特性 162

5.2.1 工艺室的高度 162

5.2.2 吊车和机械手 162

5.2.3 窥视窗 163

5.2.4 防护 163

5.2.5 设备的运输 163

5.3 连接器 164

5.4 阀门 165

5.5 氟气供应 166

第六章 辅助部分的考虑 167

6.1 临界控制 167

6.1.1.1 连续氟化 170

6.1.1 设计的一般性考虑 170

6.1.1.2 间歇单元 171

6.1.2 临界分析的数据来源 172

6.1.3 工艺过程的核安全分析 176

6.1.3.1 氟化器A 177

6.1.3.2 氟化器B 180

6.1.3.3 冷阱 181

6.1.3.4 料罐 181

6.1.3.5 热分解器 182

6.1.3.6 转化器 182

6.1.3.7 球磨机（首端部分） 182

6.1.3.8 板形贮存容器 183

6.1.4 通风系统的核安全分析 183

6.1.4.1 通风系统中裂变物质的处理 183

6.1.4.2 工艺室空间和连接洗涤器的导管中的临界问题 185

6.1.4.3 洗涤器单元中的临界问题 186

6.1.4.4 过滤器系统中的临界问题 186

6.1.5 临界控制概念的评论 188

6.1.5.1 工艺设备 188

6.1.5.2 通风系统 189

6.2 通风系统的安全分析：引言和系统的设计概念 190

6.2.1 安全分析：PuF6的泄漏 192

6.2.2 安全分析：裂变产物的泄漏 196

6.2.2.1 气化 196

6.2.2.2 洗涤器 197

6.2.2.3 过滤器 197

6.2.2.7 辐照和结论 198

6.2.2.6 最大允许浓度（MPC） 198

6.2.2.5 烟囱 198

6.2.2.4 活性炭过滤器 198

6.2.3 通风系统安全分析的说明 199

6.3 维修 200

6.4 结构材料的腐蚀 201

6.5 计量 203

6.5.1 化学分析：进料和产品中铀与钚的测定 204

6.5.2 氧化铝废物中钚的测定 205

6.5.2.1 中子活化分析 205

6.5.2.2 X射线光谱测定法 208

6.5.2.3 钚的间歇放化测定法 209

6.5.3 燃耗的测定 210

第七章 关键问题 211

7.1 燃料与包壳的机械分离 211

7.4 合格的PuO2-UO2产品的制备 212

7.2 连续氟化 212

7.3 PuF6的净化 212

7.5 完全密闭的概念 213

7.6 安全 213

7.7 钠 214

第八章 概要 215

8.1 基准 216

8.2 工艺流程 216

8.3 过程分析和工厂设计 219

8.4 结论 221

附录A 监测钚积累的可能方法 225

1 噪声测量 225

2 裂变中子的符合关联 226

3 基谐方式的空间关系 227

4 阈探测器 230

附录B 工艺气体循环 243

1 隔膜式压缩机 243

2 圆周式压缩机 244

3 活塞式压缩机 245

4 离心式压缩机 246

5 波纹管式压缩机 247

6 喷射循环 247

附录G 锕系元素氧化物和氟化物的性质 249

1 铀 249

2 镎 251

3 钚 253

附录D 挥发性氟化物的蒸气压 257

附录E 废物罐中心线温度的计算 258

附录F 工艺室的设计 263

1 峡谷型工艺室 263

2 长方形工艺室 263

3 圆形或多边形工艺室 264

4 垂直的或“细高”型工艺室 266

附录G 机械手和吊车 267

1 阿贡设计的通用机械厂制造的机械手 267

2 PaR机电机械手 267

3 阿贡国立研究所E-4型电随动机械手 268

附录H 放化工厂的连接器 269

1 法国封特耐欧罗兹核研究中心的新式远距离连接器 269

2 其他类型的连接器及其操作经验 272

参考文献 275