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核燃料介绍

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2018-06-27 | 浏览:252 ]

核燃料循环及其组成

核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分。所谓核燃料循环是指核燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。

燃料循环通常分成两大部分,即前端和后端,它包括铀矿开采、矿石加工(选矿、浸出、沉淀等多种工序)、铀的提取、精制、转换、浓缩、元件制造等;后端包括对反应堆辐照以后的乏燃料元件进行铀钚分离的后处理以及对放射性废物处理、贮存和处置。

反应堆用的燃料元件

经过提纯或同位素分离后的铀,还不能直接用作核燃料,还要经过化学,物理、机械加工等复杂而又严格的过程,制成形状和品质各异的元件 ,才能供各种反应堆作为燃料来使用。这是保证反应堆安全运行的一个关键环节。按组分特征,可分为金属型、陶瓷型和弥散型三种;按几何形状分,有柱状、棒状、环状、板状、条状、球状、棱柱状元件;按反应堆分,有试验堆元件,生产堆元件,动力堆元件(包括核电站用的核燃料组件)。

核燃料元件种类繁多,一般都由芯体和包壳组成。

核燃料元件在核反应堆中的工作状况十分恶劣,长期处于强辐射、高温、高流速甚至高压的环境中,因此,芯体要有优良的综合性能。对包壳材料还要求有较小的热中子吸收截面(快堆除外),在使用寿期内,不能破损。因此,核燃料元件制造是一种高科技含量的技术。

乏燃料的后处理

辐照过的燃料元件从堆内卸出时,无论是否达到设计的燃耗深度,总是含有一定量裂变燃料(包括未分裂和新生的)。回收这些宝贵的裂变燃料(铀-235,铀-233和钚)以便再制造成新的燃料元件或用做核武器装料,是后处理的主要目的。此外,所产生的超铀元素以及可用作射线源的某些放射性裂变产物(如铯-137,锶-90等)的提取,也有很大的科学和经济价值。

乏燃料后处理具有放射性强,毒性大,有发生临界事故的危险等特点,因而必须采取严格的安全防护措施。

后处理工艺可分下列几个步骤:

(1)冷却与首端处理:冷却将乏燃料组件解体,脱除元件包壳,溶解燃料芯块等。

(2)化学分离:即净化与去污过程,将裂变产物从U-Pu中清除出去,然后用溶剂淬取法将铀-钚分离并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来。

(3)通过化学转化还原出铀和钚。

(4)通过净化分别制成金属铀(或二氧化铀)及钚(或二氧化钚)。

放射性废物处理与处置

在核工业生产和核科学研究过程中,会产生一些具有不同程度放射性的固态、液态和气态的废物,简称为“三废”。在放射性废物中,放射性物质的含量很低,但带来的危害较大。由于放射性不受外界条件(如物理、化学、生物方法)的影响,在放射性废物处理过程中,除了靠放射性物质的衰变使其放射性衰减外,还须将放射性物质从废物中分离出来,使浓集放射性物质的废物体积尽量减小,并改变其存在的状态,以达安全处置的目的。对“三废”区别不同情况,采取多级净化、去污、压缩减容、焚烧、固化等措施处理、处置。这个过程称为“三废”处理与处置。例如,对放射性废液,根据其放射性水平区分为低、中、高放废液,可采用净化处理、水泥固化或沥青固化、玻璃固化。固化后存放到专用处置场或放入深地层处置库内处置,使其与生物圈隔离。

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