發展歷程
20世紀60年代,比利時、法國、美國、義大利、德國、日本和印度等國紛紛建立實驗室,開發供增殖快堆使用的MOX燃料。
1970-1985年國際上形成了快堆MOX燃料的研究高潮。截至80年代末,大多數建成的快中子堆(包括實驗、原型和難證堆)都成功地使用了MOX燃料。截止到2011年,全世界有20多個快中子堆裝載了MOX燃料。
在MOX燃料廠的建設方面,截至2008年,國際上共建造了24座MOX燃料廠,生產能力為每年213噸,其中LWR-MOX燃料廠(輕水堆-MOX燃料廠)的FBR-MOX燃料廠(快堆-MOX燃料廠)各占一半。
到2012年年底,預計世界上主要的LWR-MOX燃料生產國法國、日本、英國的年生產能力將達195噸、130噸以及40噸。
製成
MOX燃料是一種核燃料,它包含多個可增殖的可衰變氧化物,特別是PuO2(氧化鈽)與UO2(氧化鈾)的混合燃料(UO2來源廣泛,包括天然的、經過再加工的,以及核廢料當中的)。
MOX燃料是由7%的鈽和93%的高濃度鈾238混合製成的。設計的巧妙之處在於,將核廢料里的鈽以及自然儲備更多的鈾238給利用了起來。當中子撞擊鈾238時,會轉變為鈽239,p鈽239是一種類似鈾235的可裂變物質。這種做法可以大大提高天然鈾資源的利用率,從而提高核電站的經濟效益。
優點
MOX的優點是通過添加少量的鈽,使得這個循環能更好的進行,可裂變燃料的濃度更容易增大。如果控制合理,這種燃料的利用率將非常高。另一個優點就是為傳統的鈾燃料反應堆產生的鈽找到了新出路,幫助解決了核廢料處理的一個難題。
套用
可以提高資源的利用率,解決核燃料資源不足的問題
MOX燃料用作輕水反應堆燃料組件是必要的,具有現實意義。大量的研究和實驗證明,換裝1/3的MOX組件,反應堆運行是安全的,技術上是可行的。與原來用U02燃料相比。降低組件製造費用約30%,可見此舉經濟上是有競爭力的。因此,許多發展核電的國家,當核電能力達10000MW時,就將MOX燃料用於LWR的問題提至議事日程。
發展MOX燃料是實施核燃料閉式循環戰略的必然要求
現在(2012年)除美國等少數國家採取一次性通過外,其他國家都計畫進行後處理。中國也計畫對乏燃料進行後處理,這樣可以回收可裂變的鈽和鈾。通常反應堆卸出的乏燃料中存留有約1%的鈽,其中的2/3就是Pu-239。全世界每年產生近100t存留於乏燃料中的鈽。鈽的再循環使從最初的鈾得到的能源增加約17%,如果對鈾也進行再循環,這一數字將達到約30%。
發展MOX燃料有利於保護環境
核電站產生乏燃料,其中包含較高的長壽命放射性廢物。Pu、Np、Am、Cm等錒系核素和長壽命裂變產物(LLFP)構成了對地球環境主要的長期放射性危害。如果採取後處理閉式方式,將乏燃料中的U、Pu提取出來進行再循環利用,則7個U02燃料組件生成1個MOX組件和一些玻璃固化高放廢物,其結果是使乏燃料處置的體積、數量和費用的下降約65%。核廢物的體積和放射性都將大大減小。