钍反应堆(特别是 液态氟化钍反应堆,LFTR)的化学分离主要面临在极高辐射和700°C以上高温下,连续从熔盐燃料中移除裂变产物(如镧系元素)及中间产物镤-233(Pa-233)的挑战。这需要开发高效的在线高温冶金(Pyroprocessing)工艺,且须满足材料耐腐蚀、高效回收核燃料以及控制核扩散风险。 钍反应堆化学分离的主要技术挑战和问题: 连续、高温的在线处理需求: LFTR运行中,需要每天分离熔盐中的一部分裂变产物,防止中子吸收过多导致链式反应效率下降(特别是高吸收截面的稀土元素),且整个分离过程必须在复杂的熔盐环境中进行。 镤-233 (Pa-233) 的高效分离: 钍转化为铀-233的中间产物Pa-233对中子有极高的吸收截面,如果分离不及时,会吸收中子而减少铀-233的产生,降低增殖比。需确保在短时间内从复杂组分中分离出Pa-233。 极端的物质环境: 熔盐混合物(如氟化锂-铍-钍-铀)在700°C以上对结构材料(如哈氏合金-N)具有极强的腐蚀性。裂变产物(如碲)会加剧结构材料的老化,要求分离工艺及其设备必须能长期耐受腐蚀。 化学处理复杂性与现场化: 必须在反应堆附近进行分离,以减少高放射性燃料的运输风险。高温物理化学方法(如氟化、还原萃取)的复杂性极高,需将化学废物与有用燃料(钍/铀)的高效分离。 核扩散风险与废物管理: 分离出高纯度的铀-233需受到严格监控。同时,分离出的裂变产物(高放废料)的管理是该技术商业化的巨大经济和安全挑战。
总结来说,钍反应堆的化学分离不仅仅是燃料提纯,更是维持堆芯物理特性和实现增殖的核心环节,目前核心瓶颈在于高温耐腐蚀材料技术和高放射性环境下的连续处理工艺。
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