[科普中国]-一次燃料循环

介绍

一次通过式燃料循环是燃料循环中的一种方式， 即不从乏燃料中回收铀、钚，这样天然铀的利用率只有约0.5%。复用经后处理回收的铀、钚，可把天然铀利用率提高到1%～2%。在快中子增殖堆中多次重复使用回收的铀、钚，可使铀的总利用率提高到60%～70%。

应用条件采用一次燃料循环通过方式还是循环利用方式，决定于技术的可行性和经济的合理性。就经济性而言，后处理成本和天然铀价格起决定作用。据国际原子能机构 (IAEA)国际核燃料循环评价工作组的研究报告， 当每千克U3O8超过88美元时， 燃料循环利用才能在有些国家显示经济性。快中子堆能大量节省铀资源，但基建投资高昂，目前发电成本还不能与热中子堆相竞争。

自20世纪80年代以来铀价下跌，而燃料循环后段费用上涨，因而有些国家主张采用一次通过式。另一些国家则认为一次通过不利于核资源的充分利用，应将回收的铀、钚先用于热中子堆。也有的主张将卸出的燃料元件暂储存，待铀价上涨到一定程度时再后处理回收其中的铀、钚，复用于反应堆。制定核燃料循环的方针时，必须根据本国的经济发展、能源供需情况及长期核能发展规划进行分析，才能做出最佳的决策。

循环流程（1）铀的勘探和采矿：任何循环方案都需要铀，而且它是核燃料循环的第一步，一台反应堆一年约需要 200 吨天然铀；

（2）铀的转化：在这个过程铀被氟化，用于提纯。中国进行铀转化的工厂位于兰州，1980 年开始运行，现在已经退役，它大约每年能转化1000 吨铀。另外一个进行铀转化的工厂位于甘肃西北的玉门附近的地窝堡，它大约每年能转化 500 吨铀；

（3）铀的浓缩：铀存在多种同位素如 U-235、U-238，在热堆中中子主要和 U-235 作用，使 U-235 发生裂变。天然铀中 U-235 的含量仅仅为 7‰，而核燃料要求其含量为 3-5%，所以必须对天然铀进行浓缩。我国的浓缩铀工厂位于陕西、甘肃、四川和广东等地区。其中陕西铀浓缩工厂和兰州 采用了俄罗斯的离心浓缩技术，而四川和平浓缩工厂采用扩散法浓缩。2013 年 2 月我国第一台拥有自主知识产权的离心机在兰州浓缩工厂试运行；

（4）燃料制造：铀以其氧化物形式被制成燃料棒，然后送入反应堆辐照；

（5）冷却：乏燃料从反应堆中卸出后要在冷却池中冷却一段时间（一般为 5-7 年）；

（6）临时存储：冷却完成后再将其转移到临时存储厂—甘肃集中湿法储存厂（CWSF）或秦山干法储存厂（至少存放 50 年）；

（7）地质深埋。