核燃料生产过程
铀钚燃料循环的工艺
铀钚燃料循环的工艺铀钚燃料循环是一种核燃料循环方式，通过对铀和钚的利用，可以提高核能资源的利用率，降低核废料的产生以及减少电力生产过程中的环境污染。
下面是铀钚燃料循环的主要工艺流程：1. 铀矿石加工和浓缩：铀矿石是从地下采矿或露天矿开采中得到的矿石，其中铀的含量一般很低，需要进行加工和浓缩。
通常的浓缩方式是将矿石进行破碎、磨细，并采用化学方法将铀浓缩到可用的水平。
2. 铀燃料制备：铀燃料制备是将浓缩后的铀转化为可用于核反应堆的燃料形态。
一种常见的制备方法是将浓缩的铀氧化成U3O8，然后与氟化铵反应得到铀氟化物（UF6）。
接下来，UF6经过多次升降温和化学转化反应，最终得到UO2和U3O8。
3. 铀燃料在反应堆中使用：铀燃料制备完成后，将其装填到核反应堆中进行核裂变反应。
在反应堆中，铀核发生裂变，并释放出大量的热能，用于产生蒸汽驱动涡轮机发电。
4. 钚提取与分离：在反应堆中，铀核的裂变会释放出一小部分钚。
为了回收利用钚资源，可以采用多种方法将钚从废核燃料中提取出来。
一种常见的方法是将废核燃料溶解在硝酸溶液中，然后通过化学反应将其中的钚与其它元素分离。
5. 钚燃料制备：将从废核燃料中提取出来的钚与铀混合，制备成钚铀混合氧化物燃料（MOX）。
MOX燃料可以在反应堆中代替部分铀燃料使用，实现对钚资源的有效利用。
6. 钚燃料在反应堆中使用：钚燃料制备完成后，将其装填到核反应堆中进行核裂变反应。
与铀燃料类似，钚燃料在反应堆中也可以发生裂变，并释放出大量的热能，用于发电。
7. 利用后核废料的处理：核燃料在反应堆中使用后，产生的核废料具有高放射性和长寿命的特点。
通常采用深地层封存等方法，将核废料安全地处理和储存，以防止对人体和环境的伤害。
总之，铀钚燃料循环是一种通过对铀和钚的利用，提高核能资源利用率、减少核废料产生的核燃料循环方式。
通过铀矿石加工和浓缩、铀燃料制备、铀燃料在反应堆中使用、钚提取与分离、钚燃料制备、钚燃料在反应堆中使用等工艺步骤，可以实现对铀和钚资源的有效利用，为电力生产提供可持续、清洁的能源来源。
核燃料循环PPT课件
第五章 核素图和同位素手册
FWHM（60）： 峰康比：64：1 相对效率（60） ：40％
图3 HPGe谱仪60Co能谱图
第五章 核素图和同位素手册
图4 14C标准溶液的液闪谱 图5 90Sr-90Y样品的液闪谱
第五章 核素图和同位素手册
图6 纯化后239Pu 谱图
第五章 核素图和同位素手册
❖ 核燃料循环
核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧及以后的处理的整 个过程称为核燃料循环。这个过程包括：铀（钍）资源开发、矿 石加工冶炼、铀同位素分离和燃料加工制造，燃料在反应堆中使 用，乏燃料后处理和核废物处理、处置等三大部分。也有一些国 家考虑对乏燃料不进行后处理，或暂不考虑后处理。因此，前者 为闭式核燃料循环（图1-1），后者为开式核燃料循环或一次通过 式核燃料循环（图1-2）。
于1） G3 增殖堆（核燃料转换比大于1）
H．新堆 型开 发阶 段
H1 实验堆 H2 原型堆 H3 商业示范（验证）堆
I1 重水堆，有压力容器式和压力管式之分
I．结构型 式
I2 钠冷快堆，有池式与回路式之分 I3 高温气冷堆，有球床式与柱床式之分 I4 轻水型研究试验堆，有游泳池式、水罐式与
池内罐式之分
479.5 187W 510.6 & 511.0
1460.8 40K
650
600
550
536.7 184Ta 551.5 187W 567.2 583.2 610.5 615.3 618.4 187W 625.5 187W
654.9
685.8 187W
250
200
150
100
50
30.7 179W 58.0 W-K1 & 59.3 W-K2
Chapter3 Nuclear processes(核能生产过程)
Chapter3 Nuclear processes核反应是原子核参与的反应,属于带有反射性的自发反应。
核反应是在被轰击粒子或射线的诱发下发生的。
核反应产生的能量比化学反应多,但它们都遵循物理法则:动量守恒,质量守恒和电荷守恒。
发生核反应的可能性是相当大的,因为发现大概有2000种核素和大量粒子既能作为发射体,又能作为反应的产物,这些粒子有光子,电子,质子,中子,α粒子,氘核和重带电粒子。
在这部分,我们将着重强调诱发性的反应,尤其是那些参与反应的中子。
3.1 元素的嬗变元素从一种状态转变成另一种元素的过程称为嬗变,此过程首次被发现是在1919年,发现者是英国人Rutherford。
他利用α粒子轰击氮原子在辐射场的作用下产生一个氧的同位素(17O)和一个质子(11H),反应式为:42He+147N→178O +11H。
我们发现在反应式的两边的守恒：反应式左右两边质量数(A)都为18相等和质子数等于9。
图表3.1是Rutherford的实验示意图。
带正电的α粒子很难进入氮原子核,因为原子核之间存在电荷斥力。
因此,α粒子必须具有好几MeV能量才能进入氮原子核。
原子核的嬗变是通过带电粒子凭借电场加速作用来提高速度实现的。
首次发现这样的反应有:11H+73Li →242He另外一个反应:11H+126C→137N+γ.反应产生了一个γ射线和一个氮的同位素,后者的半衰期是10.6分钟并释放一个正电荷。
由于中子呈中性,它不需经过静电排斥就能够很容易地穿透一个靶核。
因此,中子成为用来诱发反应极有用的发射体。
很多反应都是基于中子的参与或利用来实现的。
将汞转化成金的反应一直都是炼金士的梦想,描述为：1n+19880Hg →19879Au +11H,控制产生钴-60的反应0为：10n+5927Co→6027Co+γ,同时需要俘获所产生的γ射线。
镉元素对中子俘获,通常被用来核反应堆控制棒吸收中子,反应如下：10n+11348Cd→11448Cd +γ。
放射性废物的处理
题目放射性废物的处理最新进展姓名胡家刚班级地质0901摘要：环境污染是人类面临的一大公害，放射性污染对人类生命安全和地球上生物的生存有严重的威胁，所以特别为人们所关注。
和平利用原子能，为人类造福不浅，但是核废物处置不好，又将对人类是一大危害。
放射性废物如何处置为好，必须进行科学论证。
所以处理放射性废物的发展特别引起我们的关注，新方法新技术的引入将更好的处理这些废物所带来的问题。
关键词：放射性废物，新方法，处理1．放射性废物放射性废物为含有放射性核素或被放射性核素污染，其浓度或活度大于国家审管部门规定的清洁解控水平，并且预计不再利用的物质。
1.1放射性废物的来源大致可分为四类：1.1.1核燃料生产过程：主要包括铀矿开采、冶炼和燃料元件加工等。
1.1.2反应堆运行过程：反应堆中生成的大量裂变产物，一般情况下保留在燃料元件包壳内，当发生元件包壳破损事故时，会有少量裂变产物泄漏到冷却循环水中。
1.1.3核燃料后处理过程：大量裂变产物是核燃料后处理过程的主要废物。
1.1.4 其他来源核工业部门退役的核设施，核武器生产和试验以及其他使用放射性物质的部门如医院、学校、科研单位、工厂等产生的各种废物。
1.2放射性废物的分类1.2. 1 放射性废物radioactive waste为审管的目的，放射性废物为含有放射性核素或被放射性核素污染，其浓度或活度大于国家审管部门规定的清洁解控水平，并且预计不再利用的物质1.2.2 放射性气载废物 radioactive gaseous waste含有放射性气体和气溶胶，其放射性浓度超过国家审管部门规定的排放限值的气态废弃物。
1.2.3 放射性液体废物 radioactive liquid waste含有放射性核素，其放射性浓度超过国家审管部门规定的排放限值的液态废弃物。
1.2.4 放射性固体废物 radioactive solid waste含有放射性核素，其放射性比活度或污染水平超过国家审管部门规定的清洁解控水平的固态废弃物。
第四章 核燃料
4.2.1 .1 二氧化铀的物理性能
（1）晶体结构 （2）密度 （3）熔点 （4）比热容 （5）导热率 （6）热膨胀 （7）蒸汽压
二氧化铀的晶体结构
二氧化铀的晶体结构
图4-2 铀——氧系平衡图
相图中的垂线代表化合物UO2(O/U=2.0)和
U4O9 (O/U=2.25) ， O/U比较大的其它化合物 是U3O8 和UO3。
4.2 二氧化铀燃料
优点： a. 熔点高，晶体结构为面心立方（FCC），各向
同性，并且从室温到熔点没有相变。 b. 高温稳定性和辐照稳定性好。 c. 化学稳定性好，与高温水不起作用，与包壳相 容性好。 d. 在1000℃以下能包容大多数裂变气体。 e. 有适中的裂变原子密度，非裂变组合元素氧的 热中子俘获截面低（0.002靶恩）。 缺点： a. 导热系数小，使芯块的温度梯度过大。 b. 机械强度低、脆，在反应堆条件下易裂，且加 工成型困难
232 90
233 233 Th 01n 233 Th Pa 90 91 92 U T 1 2 27.4天 T 1 2 22.2分
238 92
239 239 U 01n 239 U Np 92 93 94 Pu T 1 2 2.35天 T 1 2 23.5分
铀合金
加入适量铜，可以稳定α相；
加入钼、锆、铌可以稳定γ相。 含铀量60%的锆-铀合金曾用于希平港动力反应堆，
U-ZrH用于脉冲堆，
铀- 锆合金仍是一种有希望的金属燃料。美国的快 堆一体化燃料循环研究就是用金属型的铀-钚-10%
锆合金作钠冷快中子堆燃料的。 铀-钼合金也得到很大的重视，开展了深入的研究工 作。
核燃料循环
铀同位素分离扩散机群
铀同位素离心机联
铀的浓缩
--因为同位素有几乎相同的化学特性，不易用化 学分离因此铀的浓缩是精炼油的物理过程
--利用微小质量差分离U238和U235 --浓缩厂的最终产品为UF6
铀浓缩厂
铀的浓缩
1.气体扩散法 最成功、最经典的方法、商业开发的第一个浓缩方法，利用不同质量 的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。 轻同位素气态时移动较快，更快通过多孔分离膜抽取，通过的气体被 送到下一级 ，达到反应堆,需要1000级以上 美国、法国等使用 2.气体离心法 通过重力和离心场分离，重的在外，近轴处的气体被导出送入下一台 离心机，单位分离功耗电只是气体扩散法的5%，成本下降了75% 日本、欧洲等使用 美国当年在日本广岛投放的原子弹就是通过这种技术制成的。 3.气体喷嘴法 高速吹向凹型壁，惯性和离心力使重物近壁 面 喷嘴法的单级分离系数介于气体扩散法和离 心法之间，比能耗和比投资与气体扩散法相当 或略大。由于气体动力学法的比能耗和比投资 都很高，已经成功应用扩散法的国家一般都不 再研制气体动力学方法。
铀矿冶是指从铀矿石中提出、 浓缩和纯化精制天然铀产品的过程。 铀矿冶是核工业的基础。
目的是将具有工业品味的矿石， 加工成有一定质量要求的固态铀化 学浓缩物， 以作为铀化工转换的原 料。
在铀矿冶中，由于铀含量低、 杂质含量高、腐蚀性强，又具有放 射性， 铀的冶炼工艺比较复杂，需 经多次改变形态，不断进行铀化合 物的浓缩与纯化。
图1-3 轻水堆电站、铀-钚燃料循环示意图
黄 华
前言
核燃料循环，为核动力反应堆供应燃料和其后的所有 核燃料循环 处理和处置过程的各个阶段。它包括铀的 采矿，加工提纯，化学转化，同位素浓缩，燃料元件 制造，元件在反应堆中使用，核燃料后处理，废物处 理和处置等。
核电站的燃料棒设计与制造
核电站的燃料棒设计与制造核电站作为一种重要的电力发电方式，其设计与制造的过程涉及诸多关键技术，其中燃料棒的设计与制造是核电站运行的核心环节之一。
本文将探讨核电站燃料棒的设计原理、制造工艺和未来发展方向。
一、燃料棒的设计原理核电站的燃料棒是负责核反应堆中核燃料的装载与运行的关键组件，其设计原理主要包括燃料棒结构、材料选择和寿命预测等方面。
1. 燃料棒结构燃料棒的结构一般由燃料芯、包壳和封头组成。
燃料芯是核反应堆中实际发生核裂变反应的部分，一般由铀或钚等放射性元素组成。
包壳则负责防止核燃料泄漏，并承受反应堆中的高温和高压。
封头则用于封装燃料棒的两端，确保燃料材料的稳定性。
2. 材料选择在燃料棒的设计中，材料的选择至关重要。
材料需要具备较高的耐腐蚀性、良好的热导率和较低的中子吸收截面。
同时，材料还需要具备足够的力学强度和较好的辐照后效应，以保证燃料棒在长期高温高辐照条件下的稳定运行。
3. 寿命预测燃料棒的寿命预测是确保核电站长期安全运行的一项重要任务。
通过对燃料棒材料的辐照损伤及中子吸收量的监测，可以预测其在高辐照剂量后的性能变化，从而及时进行更换，确保核电站的稳定性与安全性。
二、燃料棒的制造工艺核电站燃料棒的制造过程包括燃料芯的制备、包壳的制造和组装等环节。
制造工艺的精细控制对燃料棒的质量与性能具有重要影响。
1. 燃料芯的制备燃料芯的制备主要涉及核燃料的加工、成型和包覆等步骤。
核燃料一般采用金属或氧化物形式，通过粉末冶金工艺或溶胶-凝胶法等方法制备成为满足设计要求的芯块。
接下来，将核燃料芯块包覆在耐腐蚀性材料中，形成燃料芯。
2. 包壳的制造包壳是保护燃料芯不受液体冷却剂侵蚀的重要屏障。
包壳的制造通常采用金属材料，如不锈钢或锆合金。
通过材料的热轧、冷轧、拉伸和焊接等工艺，制造成为形状符合要求、表面光滑的燃料棒包壳。
3. 燃料棒的组装燃料芯和包壳在制造后需要组装在一起形成燃料棒。
组装前需要对燃料芯和包壳进行质量检查和测量，确保其尺寸和性能符合要求。
物理化学核燃料的制造过程
物理化学核燃料的制造过程核能是一种高效、清洁、可持续的能源，具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。
核燃料的制造是核能发展的重要环节之一，而物理化学核燃料制造过程则是其中最为关键的环节之一。
本文将介绍物理化学核燃料制造的基本原理、工艺流程和主要设备，并阐述其优缺点及发展前景。
一、基本原理物理化学核燃料制造是将核燃料元素（如铀、钚等）通过一系列物理化学反应转化为可用于核反应堆的燃料的过程。
其中，最主要的反应包括：氧化、还原、萃取、离心等。
这些反应需要在特定的条件下进行，以达到高效率、高纯度和高安全性的目标。
二、工艺流程物理化学核燃料的制造流程一般包括以下几个步骤：1、原料准备：将矿石或金属氧化物进行破碎、磨细和干燥等处理，以便后续反应的进行。
2、氧化反应：在高温高压条件下，使用氧气或氯气将原料中的金属氧化，生成相应的氧化物。
3、还原反应：在高温高压条件下，使用氢气或碳将氧化物还原成金属单质。
4、精制和提纯：通过萃取、离子交换或色谱法等方法，将金属单质提纯到较高的纯度。
5、燃料颗粒制备：将金属单质粉末制成一定形状和大小的颗粒，并加入其他元素（如锆或钛），以改善其物理化学性质。
6、燃料棒制造：将颗粒燃料封装在锆合金或其他材料制成的燃料棒中，形成核反应堆的燃料。
三、主要设备物理化学核燃料制造的主要设备包括：反应堆、加热炉、萃取塔、离子交换柱、色谱仪等。
这些设备需要根据不同的工艺流程进行选择和优化，以保证生产过程的连续性、稳定性和高效性。
四、优缺点及发展前景物理化学核燃料制造过程具有以下优点：高能量密度、可持续利用、低环境污染等。
它也具有一些缺点：高成本、难以处理和储存废料、安全风险等。
这些问题的解决需要进一步的技术创新和政策支持。
随着科技的不断进步和应用需求的增加，物理化学核燃料制造过程将会有更广泛的应用前景。
例如，在能源危机日益严重的情况下，核能作为一种清洁、高效的能源，将会在未来的能源结构中占据更加重要的地位。
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图解核燃料生产过程
铀矿石中含铀量普遍不高，其放射性主要来自伴生的镭和氡，铀本身的放射性是相当有限的;所以，矿山开采，做好通风是必要的(带走氡);而镭等则在水冶厂生产过程中，被甩到尾渣里了(尾矿坝)。
水冶厂出来的产品，因为矿石成分不同，采取的工艺也有差别，黄饼是通行的称呼，但重铀酸铵或者三碳酸铀酰铵(钠)等也是常见产品;其中杂质也和矿石、工艺有关，除杂比较好的可以称为核能纯产品。
核能纯产品纯化很简单，否则就要经过再纯化，以进一步去除产品中的杂质离子(和放射性元素无关，比如铁钙镁钒等)。
这个就是黄饼，比较干燥，131潮湿一些，样子有点像鸡蛋黄。
这个是装黄饼的桶，可以看看工作人员有什么特别防护没有。
类似的产品桶，咱以前常靠着吸烟(主要是为了让学员放松一些，倒不是真要在
产品库吸烟)。
装运产品的产品桶，咱也靠着打过盹和吃过饺子，那是很多年前在运送产品的
专列上。
纯化后的铀化合物，经过几个步骤，逐步转化成六氟化铀，以便于利用气体离心机进行分离浓缩(六氟化铀加热后就成为气态，冷却后就是结晶，这个是个非常好的特性)。
分离浓缩想必大家都清楚，就是通过气体离心机的级联，将天然铀中丰度0.7%左右的铀235，逐步浓缩到4.5%左右;这个过程是以六氟化铀形势存在的，浓缩后的低浓缩铀丰度4.5%左右，而分离后的尾料就是贫料(贫铀)，其中含有0.2--0.3%的铀235。
低浓缩铀，必须再次经过转化，变成氧化铀，然后制胚、烧结成氧化铀陶瓷，也就是所谓的核燃料(芯块)了;氧化铀陶瓷具有非常好的强度和热工性能。
姑且算是一粒柴吧。
这个是制胚
这个是烧结
燃料芯块，按照一定要求装入锆管中，加上相应附件(气室、弹簧的等，理工科的容易理解，这东西可是高温下使用的，还会产生少量气体)，封装后就成了燃料棒。
这就是一根柴了。
燃料棒，按照一定位置，逐支插入、固定在燃料组件(一个框架，其中包含有控制棒导管、搅浑格架和锁紧机构等)中，安装相应附件就成了核燃料组件。
也就是一捆柴了。
这个是燃料工厂的一角
这个是安装了控制棒的核燃料组件。
这个是核燃料组件运输罐和车
反应堆堆芯，可以看看核燃料组件排列布置方式，所谓157、177堆芯，指的就是堆芯装载燃料组件的数量，有兴趣的可以再自己去发掘一下装有控制棒组件的燃料组件该怎么布置。
这个是堆芯模型，可以看到核燃料组件怎么排列和插入的。
反应堆堆芯换料，可以看到移到一遍的反应堆压力容器上盖。
从堆芯卸载乏燃料。
储存乏燃料的乏燃料水池。
乏燃料组件运输车和碰撞试验。
顺便来一张国外核电站的警卫图。
乏燃料在经过几年时间冷却后，运输到后处理厂，再次储存在水池里。
在经过检测，可以进行再处理后，将乏燃料组件中的燃料棒，利用机械绞断，浸泡在硝酸溶液中，其中的陶瓷芯块溶解，锆管则回收利用。
这些回收后的金属经过锻压。
变成金属锭。
储存金属锭的运输罐。
而溶解在硝酸中的燃料芯块，分离出铀和钚后，高放废物烧结成陶瓷，储存在
罐内，进行填埋处置。
而回收的铀可以掺混或者再次浓缩，制成新燃料;钚以氧化钚的形式储存，或者添加到氧化铀中，做成MOX燃料。
这个是新燃料组件。
从上面的图解中不难看出，整个过程中就一个浓缩过程是气态的，而且这一段也是最费投资的。
六氟化铀没有想象的那么毒，刺激性和重金属特性倒是比较突出;六氟化铀在容器中是稳定的(温度，生产过程中加热气化)，生产全流程也是闭合流程，现做现用，转化和浓缩过程中向厂房内和厂区外泄露概率很低(负压);这东西重量很大，常温下很容易沉降，就是泄露扩散范围也有限。
六氟化铀的风险主要在大量的尾料(贫铀)的处理方式，这个数字累积起来比低浓缩铀产品大很多，长期储存后可以转化为稳定氧化铀形态，风险就小的多了。
整个生产过程中的废弃物主要是纯化分离出的杂质和酸碱，不过这些废弃物和放射性无关，属于化学处理的残余，量也不大，处理也比较简单，有回收利用价值的，可以返回水冶厂再回收利用;没有回收价值的，也运回水冶厂，中和后(用大量生石灰即可)进入尾矿坝。
乏燃料中放射性物质很杂，裂变产物活化产物锕系元素，短中长寿命的都有，数量和强度各异，每个阶段也各有特色，不一而足。
处理上，先放置冷却，让一些短寿命的元素偃旗息鼓后进行后处理，
分离出有用的铀钚(下一步再分开铀和钚)，其他废物打包浓缩，再烧结成陶瓷(也叫玻璃)装罐，堆放到永久填埋场。