[科普中国]-铀再循环

基本概念

反应堆燃料不是一次耗尽的，必须定期地将它从堆内卸出、处理（称为后处理）、再富集、再制成燃料元（组）件、装入堆内循环使用。铀-235是核电站的主要燃料，铀的再循环及使用对提高核电站的产能率具有重要意义。

燃料循环的存在是由于装在堆内的裂变燃料必须经常保持（或大于）临界质量，否则不可能维持链式反应。为了要在一定的运行周期内发出额定功率，堆内需留有超过临界质量的裂变燃料，使反应堆活性区具有后备反应性。当燃料达到一定的燃耗深度，由于燃料的消耗，以及运行期间产生并积累起来的裂变产物的毒化效应，使后备反应性接近消失时，虽然燃料元（组）件中尚含有相当数量的裂变燃料，也得把它从堆内卸出，换人新燃料。卸出的燃料元（组）件称为乏燃料，其中含有大量的易裂变核素和可转换核素，包括原先装入未燃耗的和运行周期中在堆内转换生成的，均属价值贵重的能量资源。需要经过后处理，将裂变产物分离出去，并回收这些易裂变核素和可转换核素，重新制成可用的燃料元（组）件返回反应堆中复用，以构成燃料循环。燃料循环的基本结构适用于任何动力反应型。1

只有增殖堆（C≥1）能实现无需外加裂变燃料、全靠投入转换材料（U-238或Th-232）以不断产生核能的燃料循环。其中：以Pu-239作为裂变燃料

、以U-238作为转换原料、生成Pu-239的燃料循环，称为铀-钚（U-Pu）循环；以U-233作为裂变燃料，以Th-232作为转换原料、生成U-233的燃料循环，称为钍－铀（Th-U）循环。在这里，新生成的裂变燃料同原先装人堆内的属同一种核素。

由于最初的Pu-239或U-233的生成，要靠U-235裂变提供的中子（见核燃料转换），这两种燃料循环的起动，都离不开U-235作为初始的裂变燃料。在这种情况下，再生成的裂变燃料与原先装人堆内的不属同一种素，转换比C也往往小于1，但相应的工艺过程仍称为轴-钚循环或钍-铀循环。

铀-钚燃料循环和钍-铀燃料循环2铀-钚燃料循环的工艺过程包括：

（1）矿地质助探；

（2）矿石开采；

（3）铀的提取和精制；

（4）铀的化学转化；

（5）铀-235的高集（铀同位素分离）；

（6）燃料元（组）件（及转换元（组）件，如果单独有的话）制造；

——以上称为燃料循环前段。

（7）堆内使用（燃耗）。

以下称为燃料循环后段：

（8）乏燃料中间贮存；

（9）乏燃料运输；

（10）乏燃料后处理；

（11）放射性废物的处理和最终处置。

铀-钚循环已实现工业规模的生产，钍-铀循环处于研究试验阶段。现行压水堆、沸水重水堆和石墨堆均采用铀-钚循环。热中子堆在C