1、28?北方八省(市、區)第二次核技術應用學術會議28?北方八省(市、區)第二次核技術應用學術會議核燃料循環簡介鄧澤和（核工業五O四廠）關鍵詞核燃料循環，235u1概述核反堆技術的進步與成熟加速了 50年代核電站的興起。目前全球約有十幾種堆型近 500座 核電站。核能發電已占世界總發電量的 20%左右。鈾是當前核電站的主要燃料 ,一座100萬kW 的核電站每年消耗 3 0%左右的濃縮鈾約27t；相同規模的燃煤電站則需 270萬噸標煤,相當于 5400個車皮的標煤。可見鈾同位素為人類提供的能源是多么豐富的。核電站的發展，促進了核燃料的開發利用，加快了核燃料循環的深入發展。用于裂變反應的235U的天

2、然鈾中含量極微，其天然豐度僅為0 7%左右。從鈾礦開采、冶 煉,經鈾化工轉換，到濃縮成核動力堆用產品，需要經過一系列的加工處理；經過核反應堆卸出 的乏燃料需要經冷卻、貯存和后處理后，再對其有用部分加以利用，對其放射性廢物則需進行處理。這樣就形成了一個龐大的核燃料循環系統工程。核燃料循環系統主要包括：鈾礦的開采與冶煉、鈾化工轉換、鈾同位素濃縮、核燃料元件制造和乏燃料的后處理五個方面。核燃料的循環過程，就是在相應的企業中，分別進行相應的加工和處理，使其具備使用功能和條件，提供給 下一循環利用。核燃料循環的主要過程見圖1。A核燃料循環系統示意圖圖1礦 渣轉化為US礦石開采與冶煉核動力堆乏燃料冷卻貯存

3、2鈾礦的開采與冶煉（圖2）鈾礦地質勘查是提供鈾礦儲量的基礎工作。在我國，要探明鈾礦的儲量，一般要經過地質普查、詳查和勘探三個階段，約需5年的時間。鈾礦開采分露天和地下開采兩種方式，類似于煤礦開采。區別在于鈾礦開采面的地質條件 差，工作環境惡劣。鈾礦冶是指從鈾礦石中提出、濃縮和純化精制天然鈾產品的過程。目的是將具有工業品位& 1994-2010 China Academic Journal Electron it Publish ing Hcu 沁.All rishls reserved, cnki,ii的礦石，加工成有一定質量要求的固態鈾化學濃縮物,以作為鈾化工轉換的原料在鈾礦冶中，由

4、于鈾含量低、雜質含量高、腐蝕性強，又具有放射性，鈾的冶煉工藝比較復 雜,需經多次改變形態，不斷進行鈾化合物的濃縮與純化。鈾礦石資源配礦. 破碎=礦石 準備>預處理 選礦、焙燒浸出（用酸或堿溶液去除雜質）固體分離、過濾、濃密、分級-屮鈾的富集、回收、吸附、萃取鈾的富集、回收、淋洗、反萃取氨水沉淀黃餅（ADU ）、碳酸銨結晶（AUT ）V煅燒為U 3。3或U02圖2鈾礦冶煉工藝示意圖3鈾化合物轉換（或稱鈾化工轉換）在核燃料循環中，鈾化合物轉換是指將水冶產品中的鈾轉為核純金屬或U F6所經過的物理化學過程，其產品作為鈾濃縮的原料。鈾化合物轉換主要包括鈾化物核純和鈾化工轉換。鈾化物核純，是通過純

5、化去掉鈾化合物中影響濃縮過程的雜質，確保產品質量。目前，純化一般有干法、濕法兩種方法。濕法的特點是在開始去除雜質 ，干法則是在轉化的最后階段去除雜質 。目 前采用的較經濟可行的方法是濕法純化。鈾化工轉換通常是指將U F4轉化生產為U F6產品，為鈾濃縮提供原料。把U F4轉換生產為U F6產品，主要采用氟化生產工藝，其主要生產工藝流程見圖3。4鈾的濃縮鈾濃縮是指把235U豐度為（0 60 71）%的U F6,通過相應的分離技術，將其濃縮為軍民 用核燃料所需的豐度。現在鈾濃縮方法仍屬敏威技術，世界各國均相互保密。最成熟的鈾濃縮 方法是擴散法，也是最早用于工業規模生產濃縮鈾的方法。目前擴散法生產能

6、力在世界其它分 離方法總能力中仍占有相當大的比例 。擴散法是利用235u與238u分子質量的差異，借助于多孔介質，實現對235u濃縮的。目前美、 法等國均有擴散廠，法國在用擴散法濃縮235U的生產廠中，是經濟效益最好的國家。離心法是60年代后發展較快的鈾濃縮方法。其原理是借助于高速旋轉的離心力，將235u與236u分子分離，實現對235u的富集。目前，在西歐、俄羅斯和日本已相繼建立了離心鈾濃縮 廠。. cnki,ii 1994-2010 China Acadwnic Jcumal Electronic Publishing Huusc, All rights reservedUF4氟化爐氟化反

7、應> 廢料渣2NN 2、F 2立爐氣過濾F2、HF處理*冷凝取料尾氣處理FHuf6液化取樣0ri/三廢排放r：軸-|iI: 'uf6原料分裝圖3鈾化工轉換生產工藝流程示意圖|激光分離法是70年代出現的鈾同位素分離技術 ，其比電耗優于離心分離法。激光分離法主要以 原子蒸汽法和分子法為主。最近,原子蒸汽法已進入擴大試驗階段，預計二十一世紀初可望形成工業生產規模。5核燃料元件的制造核燃料元件是核動力堆能量的源泉，是核燃料實現核能轉變為電能的關鍵部件。核燃料元素的配置和結構，可視核反堆堆型的不同而異。一般動力堆用陶瓷型燃料元件(UO 2)，生產裂變材料钚一239的反應堆用金屬型燃料元件。

8、核燃料元件的結構有棒狀 、板狀、管狀和球狀四種類型。二氧化鈾陶瓷材料是商用動力堆常用的燃料型態。6乏燃料處理乏燃料是指從反應堆中卸出的輻照過的燃料元件，通常稱乏燃料元件。乏燃料處理是核燃料循環的最后階段，目的是將乏燃料中可用材料與放射性廢物分開，使圖4乏燃料后處理工藝流程示意圖有用燃料得以循環利用，對無用廢料固化封存處置。目前工業規模的乏燃料處理采用有機 萃取劑，把鈾和钚從它們的硝酸水溶液中萃 取出來。通常應用的是磷酸汀酯萃取鈾和钚 工藝，也就是普雷克斯流程。主要工藝流程 見圖4。7結束語以上簡要介紹了核燃料循環的主要過 程及各個階段的主要作用及其工藝技術原 理。據估算，在核燃料循環過程中，鈾濃縮和 乏燃料處理階段，用于核燃料料循環的成本 所占比例較大，是核燃料循環加強技術經濟 管理的主要方面