核燃料循环论文.doc

核燃料循环，也被称为核燃料链，指的是核燃料经过在使用过程中所经过的一系列不同的阶段。它主要包括前端步骤，其中有制造核燃料的过程、使用期间的各个步骤、以及后端步骤，其中有在核燃料使用完毕时或者核燃料再处理或者处理乏核燃料的过程。核燃料循环有3种主要型式一次通过。使用过的燃料元件不进行后处理，而直接作为废物加以处置。热中子堆中再循环。使用过的燃料元件经后处理回收其中未用完的铀和新产生的钚，返回重新制造元件，循环使用。快中子增殖堆中再循环。快中子增殖堆燃料由钚和贫化铀构成。使用过后，经后处理回收其中铀和钚，返回循环使用。核燃料循环以反应堆为中心，划分为堆前部分（前段）和堆后部分（后段）。前段指核燃料在入堆前的制备，包括铀矿的开采、铀矿石的加工精制（即前处理）、铀的转化、铀的浓缩和燃料元件制造等过程。后段指从反应堆卸出的乏燃料的处理，包括乏燃料的中间储存，乏燃料中铀、钚和裂变产物的分离（即核燃料后处理），以及放射性废物处理和放射性废物最终处置等过程。核燃料循环从开采铀资源开始。铀是普遍使用的核燃料。天然铀中只含0.7%的U235，其余为U238。天然铀的这个浓度正好能使核反应堆实现自持核裂变链式反应，因而成为最早的核燃料，功率密度,一般要用U含量大于0.7%的浓缩铀。为了把天然铀中铀235的含量提高到3%,需要进行铀同位素分离即铀的浓缩。当前工业规模的铀的浓缩工厂以六氟化铀为供料，因此需要把前处理的产品八氧化三铀进行还原、氢氟化和氟化转变为六氟化铀，这就是铀的转化过程。在铀的浓缩工厂中，六氟化铀中的铀235含量被浓缩至3%左右。这样得到的六氟化铀须再经过一个转化过程变为二氧化铀，才能送至元件制造厂制成含铀235约3%的低浓铀燃料元件。为了制成核燃料，浓缩后的六氟化铀需要转化为二氧化铀（UO2) 粉末，随后制成小颗粒。这些浓缩铀的小颗粒然后经过高温烧结，形成坚硬的陶瓷颗粒。这些柱形的小颗粒经过研磨，形成均匀的颗粒。根据反应堆核心的设计要求，这些小颗粒需要堆叠在耐腐蚀的金属合金管中。最后，将这些管道密封起来以保存燃料的颗粒。这些管道被称为燃料棒。制成的燃料棒放在专门的燃料箱中，以建造核反应堆的燃料核心核反应堆中取出的乏燃料包含有大量的可裂变物质（如铀-235、钚-239等）、增殖性物质（铀-238）以及其他放射性物质，包括放射性毒素。这也正是燃料需要移除的原因。裂变性物质和增殖性物质可以通过化学方法从乏燃料中分离并提取出来。根据经济需要和实际情况，分离出来的铀和钚可以回收重新作为核燃料进行利用。刚从反应堆中卸出的乏燃料放射性太强，一般需要在冷却水池中存放3～5年，使放射性大大衰减之后，才送到后处理厂去处理。这个存放步骤称做中间储存。从后处理厂得到的含铀 235约0.85%的铀产品（称做堆后铀），又须经过转化过程变为六氟化铀,并送至铀的浓缩工厂,浓缩到含铀235约3%，然后再转化为二氧化铀,以便制成燃料元件。从后处理厂得到的钚产品通常是二氧化钚，可储存起来以备将来利用；也可和二氧化铀一起制成混合氧化物燃料，返回压水堆使用，或作为快中子增殖堆的燃料使用。从后处理厂出来的放射性废物，均须经过妥善处理和处置，以确保在长期储存条件下也不转移到生物环境中。其中最重要的是占全部废物放射性约99%的高放废液的处理和处置。处理的方法是先将高放废液在不锈钢大罐中暂时储存一段时间,然后根据各国不同的要求,或将高放废液直接固化成为硼硅酸盐形态的玻璃块，或先将其中极长半衰期（如钚 239需几十万年才能衰变到无害水平）的 α放射性核素移除，加以利用，或单独处置，然后再固化成玻璃块。固化块经包装后一般要求在地面长期储存库储存数十年，待其发热量衰减到较低时，再送至最终处置库，在地下深层永久埋藏起来。钍循环]在快中子反应堆和热反应堆中的钍循环里，钍-232都会吸收一个中子变成钍-233。随后，钍-233通过β衰变迅速转变成镤-233，而镤-233经过半衰期27天的衰变转变成铀-233。由于铀-233可以作为核燃料，钍-232是一种增殖性材料。 核反应堆首先由铀-233或者其他裂变物质如铀-235或钚-239启动，随后创造了一个和铀钚增殖循环类似但是更有效的增值循环[21]。在某些熔盐反应堆设计中，循环中产生的镤-233会被提取出来，经过放置让其衰变为铀-233，以防止其被中子照射后产生镤-234并衰变为铀-234。这样做是为了增加反应堆的增值比例。和快中子反应堆相比，熔盐反应堆的增值比例较低。 快堆铀-钚循环?从最大限度利用铀资源的角度来看，应发展快中子增殖堆。这种堆以钚239为燃料,并装载铀238,在堆中所装铀238转化成为钚239的量大于烧掉的钚239的量，将占天然铀99%以上的铀238也利用起来，进行铀-钚循环。铀-钚循环就是在快堆中将铀 238转化为钚239，并通