[科普中国]-核燃料加工-

范围

核燃料加工包括：

—稀有放射性金属冶炼产品：钋、镭、锕、钍、镤、铀、人造钫、人造镎、人造钚等；

—天然铀及其化合物的溶合、弥散或混合物；

—浓缩铀及其化合物；钚及其化合物；

—贫化铀及其化合物；钍及其化合物；

—其他放射性元素、同位素标记或化合物；

—用于核反应堆的未受辐射的燃料元件；

—核废物处置。

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不包括：

—核辐射加工，列入4240（核辐射加工）。

核燃料核燃料包括裂变燃料和聚变燃料 (或称热核燃料)。裂变燃料主要指会裂变的同位素铀-235或铀-239或铀-233的物质。铀-238和钍-232是转换成易裂变核素的原料且它们本身也可以产生少量裂变，所以也称之为核燃料。聚变燃料有氘、氚、锂-6和化合物氘化锂-6等。

铀是最基本的裂变燃料。在自然界存在的天然铀中，主要成分是铀-238(约占99.28%)、易裂变同位素铀-235 (占0.71%) 和极微量的铀-234。常用的核燃料，其铀-235的丰度比天然丰度大，是由天然铀经同位素分离获得的。铀-232在自然界中不存在，是利用钍-232在核反应堆用中子照射后得到的。自然界存在的钍几乎100%是钍-232，且常和铀、稀土元素共生。自然界中几乎没有钚。

易裂变的钚-239是利用铀-238在反应推中经中子照射转换而变成的。氘是氢的稳定同位素，存在于普通水中的重水 (D2O) 内，但含量很低，需要利用电解、蒸馏或化学交换等分离方法制得。氚是氢的放射性同位素。氘在自然界极少，主要是利用金属锂-6或它的含金，在核反应堆内经中子照射而制得。氘化锂是由锂-6和氘直接反应化合而成的固态化合物。核燃料最早用于军事，作为原子弹、氢弹等核武器的装药和核动力潜艇用反应堆和生产堆的燃料元件。裂变燃料现已广泛用于核电站反应堆和各种试验堆中。

铀矿开采铀矿开采是生产铀的第一步。它的任务是把工业品位的铀矿厂从地下矿床中开采出来，或将铀经化学溶浸，生产出液体铀化合物。铀矿的开采与其它金属矿的开采基本相同，但是由于铀矿有放射性，能放出放射性气体（氡气），品位较低，矿体分散（单个矿体的体积小）和形态复杂，所以铀矿开采又有一些特殊的地方。
铀矿开采方法主要有露天开采、地下开采和原地浸出采铀三种方法。露天开采是按一定程序先剥离表土和覆盖岩石，使矿石出露，然后进行采矿，这种方法一般用于埋藏较浅的矿体。
地下开采是通过掘进联系地表与矿体的一系列井巷，从矿体中采出矿石，地下开采的工艺过程比较复杂。一般在矿床离地表较深的条件下采用这种方法。
原地浸出采铀是通过地表钻孔将化学反应剂注入矿带，通过化学反应选择性地溶解矿石中的有用成分--铀，并将浸出液提取出地表，而不使矿石绕围岩产生位移。这种采铀方法与常规采矿相比，生产成本低，劳动强度小，但其应用有一定的局限性，只适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床。

铀提取工艺铀提取工艺的基本任务是将开采出来的矿厂加工富集成含铀是较高的中间产品，通常称为铀化学浓缩物，经过进一步强化，加工成铀氧化物作为下一步工序的原料。

常规的铀提取工艺一段包括，矿石品位、磨矿、矿石浸出，母液分离、溶液纯化、沉淀等工序。

矿厂开采出来后，经过破碎磨细，使铀矿物充分暴露，以便于浸出，然后在一定的工艺条件下，借助一些化学试剂（即浸出剂）与其它手段将矿厂中有价值的组分选择性地溶解出来。有两种浸出方法，即酸法和碱法。

浸出液中，不仅铀含量低，而且杂质种类多，含量高，必须将这些杂质去除才能达到核电要求。这一步溶液纯化过程，有两种方法可供选择，离子交换法（又称吸附法）和溶剂萃取法。沉淀出铀化学浓缩物的工艺过程是水冶生产的最后一道工序。沉淀物经洗涤、压滤、干燥后即得到水冶产品铀化学浓缩物，又称黄饼。

浓缩铀生产技术以同位素分离为目的，提高铀-235浓度的处理即为浓缩。通过浓缩获得满足某些反应堆所要求的铀-235丰度的铀燃料。现代工业上采用的浓缩方法是气体扩散法和离心分离法。浓缩处理是以六氟化铀形式进行的。此外，还有激光法、喷嘴法、电磁分离法、化学分离法等。对铀同位素进行分离，使铀-235富集。分离后余下的尾料，即含铀-235约0.3%的贫化铀可作为贫铀弹的材料等。

后处理辐照过的燃料元件从堆内卸出时，无论是否达到设计的燃耗深度，总是含有一定量裂变燃料（包括未分裂和新生的）。回收这些宝贵的裂变燃料（铀-235，铀-233和钚）以便再制造成新的燃料元件或用做核武器装料，是后处理的主要目的。此外，所产生的超铀元素以及可用作射线源的某些放射性裂变产物（如铯-137，锶-90等）的提取，也有很大的科学和经济价值。乏燃料后处理具有放射性强，毒性大，有发生临界事故的危险等特点，因而必须采取严格的安全防护措施。

放射性废物处理在核工业生产和核科学研究过程中，会产生一些具有不同程度放射性的固态、液态和气态的废物，简称为“三废”。在放射性废物中，放射性物质的含量很低，但带来的危害较大。由于放射性不受外界条件（如物理、化学、生物方法）的影响，在放射性废物处理过程中，除了靠放射性物质的衰变使其放射性衰减外，无非是将放射性物质从废物中分离出来，使浓集放射性物质的废物体积尽量减小，并改变其存在的状态，以达安全处置的目的。对“三废”区别不同情况，采取多级净化、去污、压缩减容、焚烧、固化等措施处理、处置。这个过程称为“三废”处理与处置。例如，对放射性废液，根据其放射性水平区分为低、中、高放废液，可采用净化处理、水泥固化或沥青固化、玻璃固化。固化后存放到专用处置场或放入深地层处置库内处置，使其与生物圈隔离。1