核燃料循環(huán)原理培訓(xùn)課件.doc

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(gè)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）、鈾的提取、精制、轉(zhuǎn)換、濃縮、元件制造等；后端包括對(duì)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(duì)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(shí)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?cè)?。鈾礦物主要是形成化合物。目前已發(fā)現(xiàn)的鈾礦物和含鈾礦物有170種以上，其中只有25-30種鈾礦物具有實(shí)際的開采價(jià)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(duì)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(jià)值。影響鈾礦床工業(yè)評(píng)價(jià)的因素很多，有礦石品位、礦床儲(chǔ)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(chǔ)量是評(píng)價(jià)鈾礦床的兩個(gè)主要指標(biāo)。鈾礦普查勘探工作的程序，包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、普查和詳查、揭露評(píng)價(jià)、勘探等相互銜接的階段。同時(shí)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(yàn)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(gè)礦體的體積?。┖托螒B(tài)復(fù)雜，所以鈾礦開采又有一些特殊的地方。鈾礦開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(dòng)強(qiáng)度小，但其應(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(jià)值的組分選擇性地溶解出來。有兩種浸出方法，即酸法和堿法。 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(duì)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(gè)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、條狀、球狀、棱柱狀元件；按反應(yīng)堆分，有試驗(yàn)堆元件，生產(chǎn)堆元件，動(dòng)力堆元件（包括核電站用的核燃料組件）。核燃料元件種類繁多，一般都由芯體和包殼組成。核燃料元件在核反應(yīng)堆中的工作狀況十分惡劣，長期處于強(qiáng)輻射、高溫、高流速甚至高壓的環(huán)境中，因此，芯體要有優(yōu)良的綜合性能。對(duì)包殼材料還要求有較小的熱中子吸收截面（快堆除外），在使用壽期內(nèi)，不能破損。因此，核燃料元件制造是一種高科技含量的技術(shù)。8乏燃料的后處理 輻照過的燃料元件從堆內(nèi)卸出時(shí)，無論是否達(dá)到設(shè)計(jì)的燃耗深度，總是含有一定量裂變?nèi)剂希òㄎ捶至押托律模??；厥者@些寶貴的裂變?nèi)剂希ㄢ?235，鈾-233和钚）以便再制造成新的燃料元件或用做核武器裝料，是后處理的主要目的。此外，所產(chǎn)生的超鈾元素以及可用作射線源的某些放射性裂變產(chǎn)物（如銫-137，鍶-90等）的提取，也有很大的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。乏燃料后處理具有放射性強(qiáng)，毒性大，有發(fā)生臨界事故的危險(xiǎn)等特點(diǎn)，因而必須采取嚴(yán)格的安全防護(hù)措施。后處理工藝可分下列幾個(gè)步驟：（1）冷卻與首端處理：冷卻將乏燃料組件解體，脫除元件包殼，溶解燃料芯塊等。（2）化學(xué)分離：即凈化與去污過程，將裂變產(chǎn)物從-Pu中清除出去,然后用溶劑淬取法將鈾-钚分離并分別以硝酸鈾酰和硝酸钚溶液形式提取出來。（3）通過化學(xué)轉(zhuǎn)化還原出鈾和钚。（4）通過凈化分別制成金屬鈾（或二氧化鈾）及钚（或二氧化钚)。9. 放射性廢物處理與處置在核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究過程中，會(huì)產(chǎn)生一些具有不同程度放射性的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的廢物，簡稱為“三廢”。在放射性廢物中，放射性物質(zhì)的含量很低，但帶來的危害較大。由于放射性不受外界條件（如物理、化學(xué)、生物方法）的影響，在放射性廢物處理過程中，除了靠放射性物質(zhì)的衰變使其放射性衰減外，無非是將放射性物質(zhì)從廢物中分離出來，使?jié)饧派湫晕镔|(zhì)的廢物體積盡量減小，并改變其存在的狀態(tài)，以達(dá)安全處置的目的。