核燃料循環(huán)原理

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1、核燃料循環(huán)原理1．核工業(yè)體系的組成及其流程????核工業(yè)是一個十分廣大的系統(tǒng)工程，其組成體系包括：鈾礦勘探、鈾礦開采與鈾的提取、燃料元件制造、鈾同位素分離、反應(yīng)堆發(fā)電、乏燃料后處理、同位素應(yīng)用以及與核工業(yè)相關(guān)的建筑安裝、儀器儀表、設(shè)備制造與加工、安全防護(hù)及環(huán)境保護(hù)。2．核燃料循環(huán)及其組成????核燃料循環(huán)是核工業(yè)體系中的重要組成部分。所謂核燃料循環(huán)是指核燃料的獲得、使用、處理、回收利用的全過程。????燃料循環(huán)通常分成兩大部分，即前端和后端，它包括鈾礦開采、礦石加工（選礦、浸出、沉淀等多種工序）、

2、鈾的提取、精制、轉(zhuǎn)換、濃縮、元件制造等；后端包括對反應(yīng)堆輻照以后的乏燃料元件進(jìn)行鈾钚分離的后處理以及對放射性廢物處理、貯存和處置。3．鈾礦地質(zhì)勘探????鈾是核工業(yè)最基本的原料。鈾礦地質(zhì)勘探的任務(wù)，是查明和研究鈾礦床形成的地質(zhì)條件，闡明鈾礦床在時間上和空間上分布的規(guī)律，運(yùn)用鈾礦床形成和分布的規(guī)律指導(dǎo)普查勘探，探明地下的鈾礦資源。????地殼中的鈾，以鈾礦物、類質(zhì)圖象（形成含鈾礦物）和吸附狀態(tài)的形式存在。由于鈾的化學(xué)性質(zhì)活潑，所以不存在天然的純元素。鈾礦物主要是形成化合物。目前已發(fā)現(xiàn)的鈾礦物和含鈾礦

3、物有170種以上，其中只有25-30種鈾礦物具有實際的開采價值。????鈾礦床是鈾礦物的堆積體。鈾礦床是分散在地殼中的鈾元素在各種地質(zhì)作用下不斷集中而成的，也是地殼不斷演變的結(jié)果。查明鈾礦床的形成過程，對有效地指導(dǎo)普查勘探具有十分重要的意義。????并不是所有的鈾礦床都有開采、進(jìn)行工業(yè)利用的價值。影響鈾礦床工業(yè)評價的因素很多，有礦石品位、礦床儲量、礦石技術(shù)加工性能、礦床開采條件，有用元素綜合利用的可能性和交通運(yùn)輸條件等。其中礦石品位和礦床儲量是評價鈾礦床的兩個主要指標(biāo)。????鈾礦普查勘探工作的程

4、序，包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、普查和詳查、揭露評價、勘探等相互銜接的階段。同時還伴隨-系列的基礎(chǔ)地質(zhì)工作，如地形測量、地質(zhì)填圖、原始資料編錄、巖石礦物鑒定、樣品的化學(xué)和物理分析、礦石工藝試驗等。4．鈾礦開采????鈾礦開采是生產(chǎn)鈾的第一步。它的任務(wù)是把工業(yè)品位的鈾礦廠從地下礦床中開采出來，或?qū)⑩櫧?jīng)化學(xué)溶浸，生產(chǎn)出液體鈾化合物。鈾礦的開采與其它金屬礦的開采基本相同，但是由于鈾礦有放射性，能放出放射性氣體（氡氣），品位較低，礦體分散（單個礦體的體積小）和形態(tài)復(fù)雜，所以鈾礦開采又有一些特殊的地方。????鈾礦開

5、采方法主要有露天開采、地下開采和原地浸出采鈾三種方法。露天開采是按一定程序先剝離表土和覆蓋巖石，使礦石出露，然后進(jìn)行采礦，這種方法一般用于埋藏較淺的礦體。????地下開采是通過掘進(jìn)聯(lián)系地表與礦體的一系列井巷，從礦體中采出礦石，地下開采的工藝過程比較復(fù)雜。一般在礦床離地表較深的條件下采用這種方法。????原地浸出采鈾是通過地表鉆孔將化學(xué)反應(yīng)劑注入礦帶，通過化學(xué)反應(yīng)選擇性地溶解礦石中的有用成分--鈾，并將浸出液提取出地表，而不使礦石繞圍巖產(chǎn)生位移。這種采鈾方法與常規(guī)采礦相比，生產(chǎn)成本低，勞動強(qiáng)度小，但

6、其應(yīng)用有一定的局限性，只適用于具有一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的礦床5．鈾提取工藝????鈾提取工藝的基本任務(wù)是將開采出來的礦廠加工富集成含鈾是較高的中間產(chǎn)品，通常稱為鈾化學(xué)濃縮物，經(jīng)過進(jìn)一步強(qiáng)化，加工成鈾氧化物作為下一步工序的原料。???常規(guī)的鈾提取工藝一段包括，礦石品位、磨礦、礦石浸出，母液分離、溶液純化、沉淀等工序。???礦廠開采出來后，經(jīng)過破碎磨細(xì)，使鈾礦物充分暴露，以便于浸出，然后在一定的工藝條件下，借助一些化學(xué)試劑（即浸出劑）與其它手段將礦廠中有價值的組分選擇性地溶解出來。有兩種浸出方法，即

7、酸法和堿法。???浸出液中，不僅鈾含量低，而且雜質(zhì)種類多，含量高，必須將這些雜質(zhì)去除才能達(dá)到核電要求。這一步溶液純化過程，有兩種方法可供選擇，離子交換法（又稱吸附法）和溶劑萃取法。沉淀出鈾化學(xué)濃縮物的工藝過程是水冶生產(chǎn)的最后一道工序。沉淀物經(jīng)洗滌、壓濾、干燥后即得到水冶產(chǎn)品鈾化學(xué)濃縮物，又稱黃餅。6．濃縮鈾生產(chǎn)技術(shù)????以同位素分離為目的，提高鈾-235濃度的處理即為濃縮。通過濃縮獲得滿足某些反應(yīng)堆所要求的鈾-235豐度的鈾燃料?，F(xiàn)代工業(yè)上采用的濃縮方法是氣體擴(kuò)散法和離心分離法。濃縮處理是以六氟

8、化鈾形式進(jìn)行的。此外，還有激光法、噴嘴法、電磁分離法、化學(xué)分離法等。對鈾同位素進(jìn)行分離，使鈾-235富集。分離后余下的尾料，即含鈾-235約0.3％的貧化鈾可作為貧鈾彈的材料等7.反應(yīng)堆用的燃料元件????經(jīng)過提純或同位素分離后的鈾，還不能直接用作核燃料，還要經(jīng)過化學(xué)，物理、機(jī)械加工等復(fù)雜而又嚴(yán)格的過程，制成形狀和品質(zhì)各異的元件，才能供各種反應(yīng)堆作為燃料來使用。這是保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按組分特征，可分為金屬型、陶瓷型和彌散型三種；按幾何形狀分，有柱狀、棒狀、環(huán)狀、板狀