圖解核燃料生產(chǎn)過(guò)程
 核原料廠是去年中國(guó)核電的關(guān)鍵詞，網(wǎng)友superdirex以專業(yè)人員的身份從國(guó)外同類工廠公開(kāi)的圖片解讀核燃料的生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、使用、廢料再處理過(guò)程。 superdirex家里兩代人均獻(xiàn)身核工業(yè)，其見(jiàn)解獨(dú)到、專業(yè)，不容錯(cuò)過(guò)!讀完此文相信你會(huì)重新認(rèn)識(shí)核燃料。

      PS： 本文摘自超大論壇，原作者正式姓名不明，文字和圖片版權(quán)歸原作者所有，通用機(jī)械網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅作供各界參考之用。

      鈾礦石中含鈾量普遍不高，其放射性主要來(lái)自伴生的鐳和氡，鈾本身的放射性是相當(dāng)有限的;所以，礦山開(kāi)采，做好通風(fēng)是必要的(帶走氡);而鐳等則在水冶廠生產(chǎn)過(guò)程中，被甩到尾渣里了(尾礦壩)。

      水冶廠出來(lái)的產(chǎn)品，因?yàn)榈V石成分不同，采取的工藝也有差別，黃餅是通行的稱呼，但重鈾酸銨或者三碳酸鈾酰銨(鈉)等也是常見(jiàn)產(chǎn)品;其中雜質(zhì)也和礦石、工藝有關(guān)，除雜比較好的可以稱為核能純產(chǎn)品。核能純產(chǎn)品純化很簡(jiǎn)單，否則就要經(jīng)過(guò)再純化，以進(jìn)一步去除產(chǎn)品中的雜質(zhì)離子(和放射性元素?zé)o關(guān)，比如鐵鈣鎂釩等)。

      黃餅是核工業(yè)中的一種重要原料，也是核燃料生產(chǎn)過(guò)程中必需的一種中間產(chǎn)品，其主要成分是重鈾酸銨，黃色，常加工成餅狀，因此得名。

      “黃餅”通常是從粉碎后的天然鈾礦石經(jīng)多種溶液萃取，沉淀而來(lái)?！包S餅”名稱源于根據(jù)最初的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)出的非純凈成品的顏色和形態(tài)，而通過(guò)現(xiàn)代先進(jìn)科技手段生產(chǎn)的“黃餅”，實(shí)際上呈褐色或者黑色，而不是黃色。

      這個(gè)就是黃餅，比較干燥，131潮濕一些，樣子有點(diǎn)像雞蛋黃。

      這個(gè)是裝黃餅的桶，可以看看工作人員有什么特別防護(hù)沒(méi)有。

      類似的產(chǎn)品桶，咱以前?？恐鼰?主要是為了讓學(xué)員放松一些，倒不是真要在產(chǎn)品庫(kù)吸煙)。

      裝運(yùn)產(chǎn)品的產(chǎn)品桶，咱也靠著打過(guò)盹和吃過(guò)餃子，那是很多年前在運(yùn)送產(chǎn)品的專列上。

      純化后的鈾化合物，經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟，逐步轉(zhuǎn)化成六氟化鈾，以便于利用氣體離心機(jī)進(jìn)行分離濃縮(六氟化鈾加熱后就成為氣態(tài)，冷卻后就是結(jié)晶，這個(gè)是個(gè)非常好的特性)。

      分離濃縮想必大家都清楚，就是通過(guò)氣體離心機(jī)的級(jí)聯(lián)，將天然鈾中豐度0.7%左右的鈾235，逐步濃縮到4.5%左右;這個(gè)過(guò)程是以六氟化鈾形勢(shì)存在的，濃縮后的低濃縮鈾豐度4.5%左右，而分離后的尾料就是貧料(貧鈾)，其中含有0.2--0.3%的鈾235。

      低濃縮鈾，必須再次經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化，變成氧化鈾，然后制胚、燒結(jié)成氧化鈾陶瓷，也就是所謂的核燃料(芯塊)了;氧化鈾陶瓷具有非常好的強(qiáng)度和熱工性能。姑且算是一粒柴吧。

      這個(gè)是制胚。

      這個(gè)是燒結(jié)。

      燃料芯塊，按照一定要求裝入鋯管中，加上相應(yīng)附件(氣室、彈簧的等，理工科的容易理解，這東西可是高溫下使用的，還會(huì)產(chǎn)生少量氣體)，封裝后就成了燃料棒。這就是一根柴了。

      燃料棒，按照一定位置，逐支插入、固定在燃料組件(一個(gè)框架，其中包含有控制棒導(dǎo)管、攪渾格架和鎖緊機(jī)構(gòu)等)中，安裝相應(yīng)附件就成了核燃料組件。也就是一捆柴了)。

這個(gè)是安裝了控制棒的核燃料組件。

這個(gè)是核燃料組件運(yùn)輸罐和車。

反應(yīng)堆堆芯，可以看看核燃料組件排列布置方式，所謂157、177堆芯，指的就是堆芯裝載燃料組件的數(shù)量，有興趣的可以再自己去發(fā)掘一下裝有控制棒組件的燃料組件該怎么布置。

這個(gè)是堆芯模型，可以看到核燃料組件怎么排列和插入的。

反應(yīng)堆堆芯換料，可以看到移到一遍的反應(yīng)堆壓力容器上蓋。

從堆芯卸載乏燃料。

儲(chǔ)存乏燃料的乏燃料水池。

乏燃料在經(jīng)過(guò)幾年時(shí)間冷卻后，運(yùn)輸?shù)胶筇幚韽S，再次儲(chǔ)存在水池里。

在經(jīng)過(guò)檢測(cè)，可以進(jìn)行再處理后，將乏燃料組件中的燃料棒，利用機(jī)械絞斷，浸泡在硝酸溶液中，其中的陶瓷芯塊溶解，鋯管則回收利用。

這些回收后的金屬經(jīng)過(guò)鍛壓。

變成金屬錠。

儲(chǔ)存金屬錠的運(yùn)輸罐。

      而溶解在硝酸中的燃料芯塊，分離出鈾和钚后，高放廢物燒結(jié)成陶瓷，儲(chǔ)存在罐內(nèi)，進(jìn)行填埋處置。

      而回收的鈾可以摻混或者再次濃縮，制成新燃料;钚以氧化钚的形式儲(chǔ)存，或者添加到氧化鈾中，做成MOX燃料，這個(gè)是新燃料組件。

      從上面的圖解中不難看出，整個(gè)過(guò)程中只有濃縮過(guò)程是氣態(tài)的，而且這一段也是最費(fèi)投資的。六氟化鈾沒(méi)有想象的那么毒，刺激性和重金屬特性倒是比較突出;六氟化鈾在容器中是穩(wěn)定的(溫度，生產(chǎn)過(guò)程中加熱氣化)，生產(chǎn)全流程也是閉合流程，現(xiàn)做現(xiàn)用，轉(zhuǎn)化和濃縮過(guò)程中向廠房?jī)?nèi)和廠區(qū)外泄露概率很低(負(fù)壓);這東西重量很大，常溫下很容易沉降，就是泄露擴(kuò)散范圍也有限。

      六氟化鈾的風(fēng)險(xiǎn)主要在大量的尾料(貧鈾)的處理方式，這個(gè)數(shù)字累積起來(lái)比低濃縮鈾產(chǎn)品大很多，長(zhǎng)期儲(chǔ)存后可以轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定氧化鈾形態(tài)，風(fēng)險(xiǎn)就小的多了。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物主要是純化分離出的雜質(zhì)和酸堿，不過(guò)這些廢棄物和放射性無(wú)關(guān)，屬于化學(xué)處理的殘余，量也不大，處理也比較簡(jiǎn)單，有回收利用價(jià)值的，可以返回水冶廠再回收利用;沒(méi)有回收價(jià)值的，也運(yùn)回水冶廠，中和后(用大量生石灰即可)進(jìn)入尾礦壩。

      乏燃料中放射性物質(zhì)很雜，裂變產(chǎn)物活化產(chǎn)物錒系元素，短中長(zhǎng)壽命的都有，數(shù)量和強(qiáng)度各異，每個(gè)階段也各有特色，不一而足。處理上，先放置冷卻，讓一些短壽命的元素偃旗息鼓后進(jìn)行后處理，分離出有用的鈾钚(下一步再分開(kāi)鈾和钚)，其他廢物打包濃縮，再燒結(jié)成陶瓷(也叫玻璃)裝罐，堆放到永久填埋場(chǎng)。