第六章 核燃料循环
(2021年整理)核燃料循环
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核燃料循环核燃料以反应堆为中心循环使用。
(一)铀的开采、冶炼、精制及转化：铀是比较分散的元素。
世界上重要的产铀国家有：加拿大、美国、独联体、澳大利亚、刚果、尼日利亚等。
我国的东北、西北、西南及中南地区都蕴藏有铀。
但是可提供一定铀产量的铀矿石的含铀量的品位较低（10—4~10—2）,掘出的含铀矿石必须经过复杂的化学富集，才能得到可作粗加工的原料。
过去开采铀矿石都采用传统的掘进方式（耗能大、成本高、生产周期长，还有运输、尾矿等问题）。
近来根据铀矿石性质的多样性，又开发了地表堆浸、井下堆浸以及原地浸取等方式.我国的铀矿石属低品位等级,一般在千分之一含量就要开采,成本较高。
为了降低成本，充分利用低品位矿石，80年代以来就积极开发堆浸、地浸技术，现已投产。
例如地表堆浸，处理品位为8×10—4的沙岩矿，成本降低 40%。
原地浸取工程也已经开工。
原地浸取采矿的优点是：成本低(投资只有掘进的1／2）、工艺简单、节约能源（省去了磨碎、运输等工序，可节约能源 60％）、节约劳动力、减轻劳动强度(节约劳动力数十倍，工人进行流体物操作，劳动条件大为改善）、矿山建设周期短、可以充分利用低品位铀资源。
因此受到重视而被称为铀矿冶技术上的一场革命。
浸取液经过离子交换、萃取以富集铀，再经过酸性条件下沉淀（与硷金属及碱土金属分离)和碱性条件下溶解（与过渡元素分离）以进一步净化铀,最后得到铀的精炼物.将此精炼物进一步纯化，并将铀转化成低沸点的UF6（升华温度：1大气压下56℃；0.13大气压下25℃），即可用作浓缩235U同位素的原料。
核燃料循环技术的原理和应用
核燃料循环技术的原理和应用1. 引言核能作为一种清洁、高效、可持续的能源形式，已经在全球范围内得到广泛应用。
核燃料循环技术是核能发展中的重要一环，它能够有效利用核燃料，减少核废料的产生，并提供更多可用的核能资源。
2. 核燃料循环技术的概念核燃料循环技术是一种将使用过的核燃料进行处理和再利用的技术。
它包括以下几个关键步骤：核燃料的提取与加工、核燃料的再处理、核燃料的再利用和放射性废物的处置。
3. 核燃料循环技术的原理核燃料循环技术的原理是将使用过的核燃料中的未燃尽的核燃料和可再利用的核材料分离出来，进行再处理和再利用。
以下是核燃料循环技术的原理步骤：•核燃料的提取与加工：从矿石中提取出铀和钍等核燃料，经过加工得到可用于核反应堆的核燃料。
•核燃料的再处理：将使用过的核燃料中的未燃尽的核燃料和可再利用的核材料分离出来，通常采用化学方法进行分离和提取，以将这些可再利用的核材料进行再利用。
•核燃料的再利用：将再处理得到的可再利用的核材料用于制造新的核燃料，供核反应堆使用。
这样可以充分利用核燃料资源，提高能源利用效率。
•放射性废物的处置：核燃料循环技术中产生的放射性废物需要经过特殊的处理和处置，以保证对环境和人类健康的安全。
4. 核燃料循环技术的应用核燃料循环技术已经在全球范围内得到广泛应用，并取得了一系列的成果。
•提高核燃料利用率：核燃料循环技术可以有效利用核燃料，使得核燃料的利用率大大提高，从而延长了核能资源的使用寿命。
•减缓核废料问题：通过再处理和再利用核燃料，核废料的产生大大减少，减轻了对核废料处理的压力和成本。
•改善能源安全：核燃料循环技术可以降低对进口核燃料的依赖，提高国家能源的自给能力，增强能源安全。
•减少环境污染：核燃料循环技术可以减少核废料的产生，降低核能发电过程中对环境的污染，对保护生态环境具有积极作用。
5. 核燃料循环技术的发展趋势核燃料循环技术在未来的发展中，将面临以下几个重要的趋势：•高效利用核燃料：通过不断改进核燃料循环技术，提高核燃料利用率，进一步延长核能资源的使用寿命。
核反应堆的核燃料循环
核反应堆的核燃料循环从资源有限的角度来看，核燃料的再利用是十分必要的。
核反应堆中所使用的燃料经过一定的反应会产生大量的热能，而未经处理后的核燃料残余品则会对环境产生污染。
而通过核燃料循环，可以将核燃料中的未反应燃料、反应产生的有用物质以及放射性废物分离并作出处理，将其再次利用从而提高燃料利用率，减少对资源的消耗，降低废物对环境的影响。
核燃料循环包括燃料再处理、高效燃料循环和核废料安全处理这三个环节。
其中，燃料再处理是核燃料循环的核心环节。
燃料再处理的过程主要包括浸出、萃取、净化、分离和再生等几个步骤。
首先，通过对核燃料进行浸出，将其中的铀和钚等有用物质分离出来。
这一步骤的操作在化学工艺中是非常基础、常见、技术成熟的处理过程。
其次，萃取。
浸出后，还需要将有用物质中的杂质分离出来，以便于进一步提纯和再利用。
在这一步中，液液萃取技术和溶剂萃取技术是常见的工艺手段。
净化，即对分离出来的核素进行纯化。
纯化的目的在于提高核燃料的利用效率，并且有利于减少其他核素的放射性废物的生成。
分离，将处理好的核燃料元素的异质同种元素分离开，以获得完整和优质的核燃料。
在确定核素及其分离系数的前提下，选择成熟的分离技术和实验条件进行分离。
最后，通过再生将处理好的核燃料元素进行回收，以进行进一步的利用。
这是整个燃料再处理过程的最后一步。
在此基础上，可以进行高效燃料循环，以充分实现核能资源的再利用。
核燃料循环技术的应用，还必须要解决对废物产生的问题。
废物利用和处理是核反应堆运行中需要重点考虑的问题，同时也是关系到反应堆能否稳定、生产是否可持续以及对环境的影响的重要因素之一。
在废物处置方面，目前较为成熟的技术是地下安全处置。
除此之外，还有常见的中间贮存和海洋处置等技术。
其中，中间贮存技术需要满足重点区域的技术要求，确保贮存过程中物料的安全、可靠和环境的稳定。
总的来说，核燃料循环是提高燃料核能利用率、减少环境污染的可持续性发展需要的一项技术。
民用核燃料循环设施安全规定（4篇）
民用核燃料循环设施安全规定第一章：总则第一条：民用核燃料循环设施（以下简称“循环设施”）是指用于核能原料的开采、加工、转换、储存、输送、再加工、运输和终端处理、尤其是包括核燃料前燃料周期和后燃料周期的设施。
第二条：本规定的目的是为了保障循环设施的安全运行，预防事故的发生，保护人民群众的生命财产安全，保护环境安全，保障国家安全，促进核能行业的健康发展。
第三条：循环设施的设计、建造、运营、维护、退役和废弃物处置等活动，应当依据本规定的要求进行。
第四条：循环设施的设计、建造、运营、维护、退役和废弃物处置应符合国家相关法律法规、标准和规范的要求。
第五条：循环设施的责任单位（循环设施的持有人、管理者和运营单位等）应当建立安全管理制度，加强责任制落实，确保循环设施的安全运行。
第六条：国家核安全监管机关应当依据国家的法律法规，对循环设施进行安全监管，提供必要的技术支持和监督指导。
第二章：循环设施的设计和建造第七条：循环设施的设计和建造应当符合以下原则：（一）满足国家和行业标准和规范的要求；（二）采用可靠的技术和设备，确保核材料的安全和运输的安全；（三）具备必要的安全设施和安全系统，防止核材料的泄漏或误用；（四）考虑自然灾害、恶劣环境等因素，采取相应的安全措施和应急措施。
第八条：循环设施的设计和建造应当进行全过程的安全评价和安全审查，并记录相应的安全评价和安全审查报告。
第九条：循环设施的建造人员应当具备相应的专业知识和技能，严格遵守施工规范，确保施工质量和安全。
第十条：循环设施的建造过程中应当严格按照设计文件进行施工，严格控制散装核材料、危险废物和化学品的使用、储存和运输，确保建造过程中不发生事故。
第十一条：循环设施的竣工验收应当依据国家和行业标准和规范的要求进行，验收合格后方可投入运营。
第三章：循环设施的运营和维护第十二条：循环设施的运营和维护应当符合以下原则：（一）依据设施的设计和运行手册进行运营和维护，确保设施的正常运行；（二）建立相应的安全管理制度和应急预案，指定专职的安全管理人员和技术人员；（三）定期进行设备和系统的检查、维护和维修，及时处理存在的问题和隐患；（四）对人员进行必要的培训和考核，提高员工的安全意识和技能；（五）建立设备和系统的记录和档案，做好设备和设施的日常管理和台账工作。
核燃料循环高中物理教案
核燃料循环高中物理教案
目标：了解核燃料循环的基本原理和流程
教学内容：
一、核燃料的来源和种类
1. 核燃料的定义
2. 核燃料的种类：铀、钍等
二、核燃料循环的基本原理
1. 核燃料循环的定义
2. 核燃料在核反应堆中的作用
3. 核燃料循环的主要环节：燃料生产、燃料使用、废物处理
三、核燃料循环的流程
1. 燃料生产：铀的提取和浓缩
2. 燃料使用：核反应堆中的核反应
3. 废物处理：废核燃料的处理和处置
四、核燃料循环的发展和影响
1. 核燃料循环的发展历史
2. 核燃料循环对环境和社会的影响
教学方法：
1. 教师讲解结合示意图和动画展示核燃料循环的原理和流程；
2. 学生分组讨论，探讨核燃料循环的优缺点以及可能的改进措施；
3. 观看相关视频资料，了解核燃料循环在现实生活中的应用和影响。
教学任务：
1. 学生能够理解核燃料循环的基本原理和流程；
2. 学生能够分析核燃料循环对环境和社会的影响；
3. 学生能够探讨核燃料循环的未来发展方向和可能的改进措施。
教学反思：
通过本节课的教学，学生对核燃料循环有了更深入的了解，能够理解核燃料在核反应堆中的作用以及核燃料循环对环境和社会的影响。
教师在教学中要注重引导学生思考，培养学生的创新意识和思维能力，使他们能够更好地理解和应用所学知识。
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。
核燃料循环各个阶段
核燃料循环各个阶段摘要：一、核燃料循环简介二、铀矿开采三、铀浓缩四、核燃料制造五、核反应堆中的燃料使用六、乏燃料处理七、核燃料循环对环境的影响八、核燃料循环的未来发展正文：核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分，它包括铀资源开发和核燃料加工（前端）、核燃料在反应堆中使用、乏燃料处理（后端）三大部分。
整个核燃料循环过程包括铀矿开采、铀浓缩、核燃料制造、核反应堆中的燃料使用和乏燃料处理等阶段。
一、核燃料循环简介核燃料循环，是指核燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。
核燃料循环包括铀矿开采、铀浓缩、核燃料制造、核反应堆中的燃料使用和乏燃料处理等阶段。
二、铀矿开采铀矿开采是生产铀的第一步。
任务是把工业的铀矿从地下矿床中开采出来，或将铀经化学溶浸，生产液体铀化合物。
铀矿的开采与其他金属物质的开采基本相同，但是由于铀矿有放射性，能放出放射性气体（氡气），品位较低，矿体分散和形态复杂，所以铀矿开采又有一些特殊的地方。
三、铀浓缩铀浓缩是指将铀矿石中的铀-235含量提高至2%~5%的过程。
这一过程是利用铀-235与铀-238的物理性质的差异，通过扩散、离心或激光等技术手段实现的。
铀浓缩是核燃料循环中的关键环节，它直接影响到核燃料的制造和核反应堆的运行。
四、核燃料制造核燃料制造是将铀浓缩物与其他元素（如钚）混合，制成可放入核反应堆中使用的燃料棒。
核燃料制造过程需要在高度洁净的环境中进行，以防止燃料棒受到污染。
五、核反应堆中的燃料使用核反应堆中的燃料使用是指将核燃料棒放入核反应堆中，进行核反应，释放能量的过程。
核反应堆中的燃料使用会消耗掉部分铀-235，形成乏燃料。
六、乏燃料处理乏燃料处理是指对核反应堆中使用过的燃料棒进行处理，提取其中有用的铀和钚，以及去除放射性废料的过程。
乏燃料处理包括乏燃料冷却、乏燃料拆卸、铀钚提取、废料处理等步骤。
七、核燃料循环对环境的影响核燃料循环对环境的影响主要体现在铀矿开采、核反应堆运行和乏燃料处理等环节。
核燃料循环
同位素分离
高富集铀
核材料 核武器 核反 应堆 铀钚
核化学化工 钚 核燃料 后处理 核废物 处理处置 永久贮存
铀同位 低富 燃料元 素富集 集铀 件制造
天然铀 铀矿冶炼
军民两用的敏感技术，有关我国核大国地位及综合国力的高科技
二、开 矿
开矿实际上由开采、磨 粉、提取、净化等环节 构成
铀 德国化学家Martin Klaproth 在 1789 在沥青铀矿中发 现铀。其实铀广泛存在 于土壤及海水中，就象 锡(tin-Sn)、钨(tungstenW)、钼(molybdenum-Mo) 那样普遍，只是含量太 低(百万分之几2~3 p.p.m.)，目前没有开采 价值。
二、开矿-铀矿
100多种矿物中铀占重要部分，但开采的铀矿的主要形式 有12种： 1 沥青铀矿 pitchblende(U3O8)或uraninite(UO2) 2 水硅铀矿 coffinite(USiO4)1x(OH)x 3 钛酸铀矿 brannerite (U,Y,Ca,Fe,Th)3Ti5O16 4 钛酸铌酸铀矿 betafite (U,Ca)(Nb,Ta,Ti)3O9.nH2O 5 铀钛磁铁矿, 铈铀钛铁矿 davidite (Fe,Ce,U)(Ti,Fe)3(O,OH)7 6 铀钍矿 uranothorite (Th,U)SiO4 7 铀方钍矿，方铀钍石 uranothorianite (Th,U)O2 8 钒钾铀矿 carnotite K2(UO2)2(VO4)2.nH2O 9 钙钒铀矿 tyuyamunite Ca(UO2)2(VO4)2.9H2O 10 铜铀云母 torbernite Cu(UO2)2(PO4)2.12H2O 11 硅钙铀矿 uranophane Ca(UO2)2Si2O7.6H2O 12 钙, 铀云母 autunite Ca(UO2)2(PO4)2.12H2O 含铀数公斤/吨。
《核反应堆物理基础》课件——第六章 核燃料管理
单循环燃料管理：X(i,j)，BP(i,j)和控制运行方案；在对这组变 量进行决策时，需要详细考虑燃料组件和控制毒物在堆芯内的 空间分布。
当得到的解不能满足需求时，则需要调整外部决策变量， 重新进行多循环分析，求出新的值。
• 核电厂堆芯燃料管理的主要任务就是要在满足电力系统的能量需 求的条件下，在电厂设计规范和技术要求的限制下，为核电厂一 系列的运行循环作出其经济安全运行的全部决策。
• 其核心问题就是如何在保证电厂安全运行的条件下，是核电厂的 单位能量成本最低。
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⑵燃料管理的内容
①堆芯燃料管理策略以及初步换料方案的确定 • 这部分内容主要包括下列决策变量的确定：
5 循反应堆的换料方程：
• 设批反料应 数堆定内义燃为料：组件总数为NT，每次换料更换的燃料组件数为N。则
n NT N
• N则称为一批换料量。 • 在循环长度不变的情况下，提高批料数n，就增加了燃料在堆芯的停
留时间，从而：
• 增加了卸料燃耗深度； • 需要提高新料的富集度。
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⑶循环燃耗和卸料燃耗
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堆芯计算模块
截面处理接口程序
• 由组件计算程序产生的各种工况下组件的等效均匀化少群截面数据 库，只能提供离散的有限数量状态下的截面数据。
• 实际运行过程中，反应堆的状态时连续变化的，因此必须通过最小 二乘法拟合处理，将燃料组件的宏观截面与各独立变量的关系用数 值形式表示，使用时通过插值来求得各非参考工况下的截面值。
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三、外-内换料方案 （一）燃料布置与换料方案 布置方案 • 堆芯由内向外仍然分为若干个区域：
核燃料循环
核燃料循环核燃料循环是指将用过的核燃料从核反应堆中取出，并将其进行处理、再加工后再次使用的过程。
这种循环方式被广泛认为是核能发电领域的未来发展方向之一。
本文将介绍核燃料循环的基本原理、优势以及当前存在的挑战。
基本原理核燃料循环的基本原理是通过提取、处理和再加工用过的核燃料中的可再利用的核素，然后将其重新注入核反应堆中进行再次使用。
这一过程主要包含以下几个步骤：1. 取出用过的核燃料核反应堆中的用过的核燃料通常被称为高放废物，其中包含了一定比例的放射性核素。
这些核燃料在取出之前需要经过一定的冷却时间，以降低辐射水平。
2. 提取可再利用的核素用过的核燃料中还包含有尚未完全消耗的核素，例如铀、钚等。
通过核燃料提取工厂，可以提取出这些可再利用的核素，用于再次注入核反应堆使用。
3. 再加工和制备新燃料提取出的核素需要经过再加工处理，以满足核反应堆再次使用的要求。
这一步骤主要包括浓缩、再纯化、制备新燃料等过程。
4. 再次使用核燃料经过再加工和制备的新燃料可以再次注入核反应堆中使用，以继续产生能量。
这样就形成了一个循环，将用过的核燃料进行处理后再次使用，提高了燃料利用效率。
优势相比于传统的核燃料单次使用模式，核燃料循环具有一些明显的优势。
1. 提高燃料利用效率核燃料循环可以利用核燃料中尚未完全消耗的核素，提高了燃料的利用效率。
这样一方面可以减少核燃料的需求量，延长燃料资源的使用寿命，另一方面也减少了产生的核废料的数量。
2. 减少核废料的产生通过核燃料循环，可以对用过的核燃料进行处理和再加工，提取出可再利用的核素。
这样可以减少放射性核废料的产生，降低对环境的影响。
3. 改善核安全性核燃料循环对核反应堆中的燃料进行了处理和再加工，将燃料中的放射性核素从高浓度中提取出来，使其浓度下降。
这样可以降低燃料的放射性，减少核事故的风险。
4. 资源利用的可持续性核燃料循环使核燃料的利用更为高效，延长了燃料资源的使用寿命。
这对于实现能源可持续发展具有重要意义。
2024年民用核燃料循环设施安全规定
2024年民用核燃料循环设施安全规定第一章总则第一条为了保障公众和环境的安全，规范民用核燃料循环设施的安全管理，根据《核安全法》和其他相关法律法规，制定本规定。
第二条本规定适用于所有民用核燃料循环设施的设计、建设、运行和废弃管理。
第三条民用核燃料循环设施安全是保障公众和环境安全的基本要求，建设、运行中的民用核燃料循环设施应当始终以人员安全和环境保护为首要目标。
第四条民用核燃料循环设施应当依法取得核安全许可，并按照核安全许可要求和技术规范进行设计、建设和运行。
第二章设计与建设第五条民用核燃料循环设施的设计和建设应当符合相关国家标准和技术规范的要求，确保设施与周围环境的兼容性。
第六条民用核燃料循环设施的设计和建设应当采用先进的技术和设备，并考虑到设施在正常、事故和紧急情况下的安全性。
第七条设计和建设中，应当充分考虑设施的长期安全性和可持续发展。
设施的更新和改造应当及时进行，以保证设施的安全性能和技术水平不断提高。
第三章运行管理第八条民用核燃料循环设施应当设立专门的核安全管理机构，负责设施的日常监管和安全管理工作。
第九条民用核燃料循环设施应当建立健全的安全管理体系和安全控制措施，确保设施运行过程中的核安全风险得到有效控制。
第十条设施操作人员应当具备相应的资质和经验，并按照规定接受培训，熟悉设施的操作规程和应急预案。
第十一条民用核燃料循环设施应当建立合理的设备检修和维护计划，定期进行设备的检测和维修，确保设备的正常运行和安全性能。
第十二条设施应当定期进行安全状况评估和演练，测试设施对各类事故和突发事件的应对能力。
第四章废弃管理第十三条民用核燃料循环设施废弃物的管理应当符合国家标准和相关技术规范的要求。
废弃物应当进行分类、储存、运输和最终处置，防止对人员和环境造成伤害。
第十四条废弃物的处理和处置应当采用最佳可行的技术和方法，确保废弃物的安全处置和环境保护。
第十五条废弃物处置场应当设立专门的管理机构，负责监督废弃物的运输和最终处置。
核燃料循环与核废料处理
核燃料循环与核废料处理核能作为一种清洁高效的能源形式，具有巨大的潜力和广泛的应用前景。
然而，核能的应用也带来了核废料的产生和处理问题。
为了解决核废料处理的难题，核燃料循环的概念被提出，并逐渐成为国际上关注的焦点之一。
本文将从核燃料循环和核废料处理两方面进行探讨，旨在引起人们对这一重要问题的关注。
一、核燃料循环核燃料循环是指对已使用过的核燃料进行再处理，并回收其中可利用的物质，再次利用于核电站中的核反应堆。
它的主要过程包括辐照后核燃料的卸下、后处理、再加工和再制备等环节。
核燃料循环的核心在于提高核燃料利用率，减少核废料产生量。
核燃料循环的好处之一是提高了核能的可持续性。
通过回收和再利用已使用过的核燃料，可以最大程度地充分利用核能资源。
同时，核燃料循环还减少了新的核燃料从矿石到核电站的生产过程，降低了环境和资源的压力。
二、核废料处理核废料处理是核燃料循环的重要环节。
通过合理科学的处理方法，将核废料安全地储存、处置或转化为无害物质，是保障核能应用安全可持续发展的关键。
目前，核废料处理主要包括储存、转运和处置三个方面。
1. 储存核废料储存是指将核废料安全存放在特定的设施中，以保护人类和环境的安全。
核废料的长期储存往往采用地下深处的地质储存方式，利用深层岩石的稳定性和地下水的保护作用。
此外，还可以通过中间储存等方式进行暂时性的储存，以待进一步的处理和处置。
2. 转运核废料转运是将核废料从产生点运输到储存或处置地点的过程。
转运过程需要严格遵循国际和国内相关的安全规定，采取合适的容器和保护措施，以确保核废料不会对人类和环境造成任何危害。
3. 处置核废料处置是指将核废料永久性地存放在特定的设施或地点，以防止其对环境和人类健康造成危害。
目前，国际上主要采用地下处置的方法，即将核废料封存在深层地质体中，利用地层稳定性和人为封闭措施实现对核废料的长期隔离和防护。
三、核燃料循环与核废料处理的意义核燃料循环与核废料处理是现代核能发展不可或缺的重要环节。
核燃料循环各个阶段
核燃料循环各个阶段摘要：一、核燃料循环的定义与重要性二、核燃料循环的组成部分1.前端：铀矿开采与加工2.后端：核燃料在反应堆中使用与乏燃料处理三、核燃料循环的具体流程1.铀矿地质勘探2.铀矿开采3.铀提取工艺4.核燃料在反应堆中使用5.乏燃料处理四、核燃料循环的意义与挑战正文：核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分，它涉及到核燃料的获得、使用、处理以及回收利用等多个环节。
为了更好地理解核燃料循环，我们需要对其组成部分进行详细的了解。
核燃料循环主要分为前端和后端两个部分。
前端主要包括铀矿的开采和加工，以及铀的提取工艺。
后端则主要是核燃料在反应堆中的使用，以及乏燃料的处理。
在核燃料循环的前端，铀矿地质勘探是第一步。
这一阶段的任务是查明和研究铀矿床形成的地质条件，以便于指导后续的普查勘探工作。
地质勘探工作的程序包括区域地质调查、普查和详查、揭露评价和勘探等阶段。
接下来是铀矿开采，这一步骤的任务是将铀矿从地下矿床中开采出来，或者通过化学溶浸的方法将铀转化为液体铀化合物。
铀矿开采的方法主要有露天开采、地下开采和原地浸出采铀等。
在铀提取工艺阶段，主要是通过水冶方法将开采出来的铀矿加工富集成含铀较高的中间产品，通常称为铀化学浓缩物。
在核燃料循环的后端，核燃料在反应堆中的使用是核心环节。
核燃料在反应堆中发生核裂变反应，释放出大量的能量。
然而，随着反应的进行，核燃料的浓度会逐渐降低，这时就需要对乏燃料进行处理。
乏燃料处理的主要任务是分离出放射性核素，以便于进行回收利用或者进行安全处置。
总的来说，核燃料循环是核能利用的重要组成部分，它涉及到多个环节，包括铀矿的开采、加工，铀的提取，核燃料在反应堆中的使用，以及乏燃料的处理等。
尽管核燃料循环带来了核能的利用，但也带来了核废料的处理等问题。
核燃料循环概要
Li S.J.
核燃料循环概要
Outline for Nuclear Fuel Cycle
Li S. J.
前言
快堆 (快中子反应堆) ——堆内主要由快中子引 起链式反应及裂变的反应堆。 反应过程包括
239Pu—--→释放快中子，转变为U235----
→快
中子击中238U---- → 238U转变为239Pu---- →
239Pu继续放出快中子参与反应
快堆不用慢化剂，仅用液态金属钠作冷却剂
Li S. J.
核燃料循环的后端 乏燃料加工是一个既需要资金又需要技术 的领域： 加工1吨乏燃料至少要生成 45 吨 高放射性废液及 150 吨 中等放射性废液和 2000 吨 低放射性废液
Li S. J.
核燃料循环的后端
实际上， 英国和法国长期以来一直利用国际协议中的漏 洞，把自己加工后的放射性废物直接倒进北大西 洋，并且有证据表明他们至今仍在这样做。 日本也同样如此。 俄罗斯则是把废液泵入地下或倒入露天池里存 放。
Li S. J.
核燃料循环的后端 第二类：后处理战略 对乏燃料中所含大部分有用核燃料进行分离 并回收利用 主要目的：
回收辐照（乏）燃料中宝贵的可裂变材料（ 235U, 233U和钚）和可转换材料，以便再制造成新的燃 元件； 核燃料在反应堆中辐照时所产生的超铀元素（即 次锕系核素）的提取，也有很大的科学和经济价 值A；如通过分离嬗变法处理（见后）。
核燃料循环
核燃料循环简介核燃料循环是指将核燃料在核电站中经历一系列的处理和利用过程，以最大限度地利用核燃料资源和减少放射性废物的产生。
核燃料循环通过将已燃用核燃料中的可重复利用的核素回收并再利用，同时将不能再利用的部分进行妥善处理，实现了核能资源的可持续开发利用。
步骤核燃料循环包括以下几个主要步骤：1. 燃料制备核燃料循环的第一步是燃料制备，即将天然铀或过氢化铀等原材料加工成核燃料。
通常情况下，核燃料是以铀氧化物（UO2）的形式存在的，它具有较好的化学稳定性和机械强度。
2. 核燃料使用核燃料使用是指将核燃料装载到核反应堆中进行核裂变或核聚变反应，产生热能以及额外的中子。
在核裂变反应中，核燃料中的铀核经过中子轰击后裂变成两个较小的核，并释放出大量的热能和中子。
核燃料使用过程中，除了热能的产生外，还会产生一些放射性废物。
3. 燃料后处理燃料后处理是核燃料循环的关键步骤之一。
在燃料后处理过程中，燃料中的可重复利用的核素如铀和钚等被提取出来，用于制备新的核燃料。
同时，无法再利用的部分被分离并进行适当的储存和处理，以减少放射性废物的危害。
4. 放射性废物处理与储存放射性废物处理与储存是核燃料循环的另一个重要步骤。
在燃料后处理过程中，产生的不能再利用的核燃料残渣以及其他放射性废物需要进行妥善的处理和储存。
目前，常用的方法包括深地贮存和转运至长期储存设施等。
5. 核燃料再处理核燃料再处理是核燃料循环的最后一步，也是最具挑战性的一步。
在核燃料再处理中，将已使用过的核燃料中的残留可重复利用的核素进行提取和分离，用于制备新的核燃料。
这一步骤的实施需要复杂而昂贵的设备和技术支持。
优势和挑战优势核燃料循环的主要优势包括：•最大限度地利用核燃料资源，减少对天然铀等原材料的需求；•降低核燃料的耗尽速度，延长核能资源的利用寿命；•减少放射性废物的产生，并能够转化部分废物为可重复利用的核素；•降低核电站运行成本，提高经济效益。
挑战核燃料循环面临的主要挑战包括：•高度安全性要求：核燃料循环过程中需要严格控制和管理放射性物质，确保安全运行和环境保护；•技术难题：核燃料循环的各个步骤都依赖于复杂的化学和物理过程，需要高度专业的技术支持；•资源和经济因素：核燃料循环需要大量的资金和资源投入，同时还需要解决与废物处理和储存相关的经济问题。
什么是核燃料循环？
什么是核燃料循环？随着人类对能源的需求不断增长，原子能作为清洁、高效的能源逐渐被重视。
核燃料循环作为核能的重要组成部分，其意义不言而喻。
那么，核燃料循环到底是什么呢？一、什么是核燃料循环？核燃料循环是指将核燃料材料经过多个阶段进行加工和处理，使其在反应堆中逐渐消耗，最终形成高放射性核废料并进行处理和贮存的过程。
这一过程可以大致分为核燃料制备、利用、后处理和最终处置等阶段。
二、核燃料循环的优势核燃料循环有着重要的优势，其中最为关键的是资源利用效率的提高。
目前，只有不到1%的天然铀可以直接用于核能发电，而经过核燃料循环后，可将燃料利用率提高到95%以上，从而更充分地利用有限的铀资源。
此外，核燃料循环也推动了核技术的发展与更新，有助于不断提升核能发电的可靠性、安全性和经济性。
三、核燃料循环的技术路线1.核燃料制备阶段核燃料制备阶段的主要目的是制备反应堆所需要的核燃料，包括铀和钚等。
其中，铀燃料的制备是最为常见的一种。
其主要有两种方法：浓缩铀加工和再处理重燃料。
浓缩铀加工是将天然铀中的铀-238、铀-235和铀-234等同位素分离提纯而成的核燃料。
而重燃料再处理则是将使用过的核燃料进行加工处理，将其中可利用的铀和钚分离出来，以作为再次利用的燃料。
2.核燃料利用阶段核燃料利用阶段是核燃料循环过程中最为重要的一环。
核燃料在反应堆中发生核裂变反应，并释放出能量，用于驱动发电机发电。
核裂变还将产生一系列的核废料和中子等反应产物，这些产物对燃料的使用和运行都会产生一定的影响。
3.核燃料后处理阶段核燃料后处理阶段是将使用过的核燃料按照规定的程序进行处理，去除其中对人体健康产生危险的放射性物质，同时将能够再次利用的物质进行回收和重复利用。
核燃料后处理涉及到的主要技术包括化学分离、浸出、精炼等。
4.最终处置阶段最终处置阶段是将处理好的核废料按照严格的安全要求进行处置和贮存，其中包括浅层贮存和深层地质处置两种方式。
目前，国际上普遍采用深层地质处置的方式，将高放射性废料埋入地下，以隔离和封存。
核燃料循环
正文核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧后的处理的整个过程。
这个名称反映了核燃料在反应堆中只能烧到一定程度就必须卸出并换上新燃料这个特点。
乏燃料（即烧过的燃料）中的铀和钚可以分离出来并返回反应堆，作为燃料循环使用，形成核燃料的循环。
核燃料循环概况核燃料循环以反应堆为中心，划分为堆前部分（前段）和堆后部分（后段）。
前段指核燃料在入堆前的制备，包括铀矿的开采、铀矿石的加工精制（即前处理）、铀的转化、铀的浓缩和燃料元件制造等过程。
后段指从反应堆卸出的乏燃料的处理，包括乏燃料的中间储存，乏燃料中铀、钚和裂变产物的分离（即核燃料后处理），以及放射性废物处理和放射性废物最终处置等过程。
附图表示压水堆电站的核燃料循环,其中略去三废处理中气体、固体和中低放废液的处理和处置。
（见彩图）核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环核燃料循环前段核燃料循环从开采铀资源开始。
开采出来的铀矿石经过精选，送到前处理厂制成八氧化三铀。
压水堆核电站以含铀235约3％的低浓铀作为燃料，但天然铀的铀235含量只有0.720％。
为了把天然铀中铀235的含量提高到3％,需要进行铀同位素分离即铀的浓缩。
当前工业规模的铀的浓缩工厂以六氟化铀为供料，因此需要把前处理的产品八氧化三铀进行还原、氢氟化和氟化转变为六氟化铀，这就是铀的转化过程。
在铀的浓缩工厂中，六氟化铀中的铀235含量被浓缩至3％左右。
这样得到的六氟化铀须再经过一个转化过程变为二氧化铀，才能送至元件制造厂制成含铀235约3％的低浓铀燃料元件。
至此，核燃料循环的前段完成。
后段从压水堆卸出的乏燃料中,铀235的含量仍有0.85％左右，高于天然铀；而且每吨乏燃料中还含有约10千克的钚,其中可作为核燃料的钚239和钚241约占7千克。
因此，如将这些易裂变核素分离出来，作为燃料返回反应堆，既可节约天然铀，又可节约分离功。
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矿石品位 矿床储量 开采条件
普查勘探工作程序
区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等 地形测量、地质填图、原始资料编录等 我国需要5年以上的时间
铀矿地质勘查
野外勘探
遥感合成图
铀矿
铀矿地质勘探
核工核工业航测遥感中心
具有生产成本低，劳动强度小 仅适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床（砂岩型）
湖南彬州放射性选矿厂
特点 • 中国第一个铀矿 • 选矿厂位于矿附近 • 苏联技术 • 建于1960年 • 磁选分离
铀矿石的加工－冶炼
Uranium Ore Processing
铀含量
铀矿石中的铀含量只有千分之二
铀化合物的转化
Conversion (UO2, UO3, UF4, UF6, U3O8, U)
铀的浓缩
Uranium Enrichment
核燃料元件制造
Fuel Fabrication (AGR, FBR, GCR, LWR, MAGNOX, MOX, PHWR, RBMK, Pellets)
发展核电的长远需要 矿床规模以中小为主 矿石品位偏低
一般在千分之一含量就要开采，成本较高 开发堆浸、地浸技术，可降低成本
我国逐步发现了花岗岩型38%、火山岩型22% 、砂 岩型19.5%和碳硅泥岩型16%四大类型的铀矿床
北方铀矿区以火山岩型、砂岩型为主地浸 南方铀矿区以花岗岩型为主堆浸
铀矿石平均含铀品位为：0.15％
富矿：>0.4%
铀的矿冶工艺
从铀矿中提取、浓缩、纯化精制天然铀产品的过程
提炼方式
铀的选矿
重力选矿、磁选选矿、放射性选矿
铀的水冶
将铀溶解的化学反应过程（用酸或碱的水溶液）
铀的纯化
从纯净的溶液中提取铀（浓缩和纯化使铀和杂质分开）达到较高和 核纯级要求的产品 (天然铀)
我国铀矿分布图
新疆
河北
陕西
云南
江西 浙江 湖南
广西 广东
我国的铀矿分布
已探明的铀矿
大小铀矿床(田)200多个 矿床以中小型为主
主要分布
江西、广东、湖南、广西，以及新疆、辽宁、云南、河北、内蒙 古、浙江、甘肃等省(区)
主要的铀矿床
相山铀矿田、郴县铀矿床、下庄铀矿田、产子坪铀矿田、青龙铀 矿田、腾冲铀矿床、桃山铀矿床、小丘源铀矿床、黄村铀矿床、 连山关铀矿床、蓝田铀矿床、若尔盖铀矿床、芨岭铀矿床、伊犁 铀矿床、白杨河铀矿床
已经建成和新建的厂矿
衡阳铀矿、郴州铀矿、大浦街铀矿、上饶铀矿、抚州铀矿、乐安 铀矿、翁源铀矿、衢州铀矿、澜河铀矿、仁化铀矿、本溪铀矿、 蓝田铀矿、伊犁铀矿等
铀矿石开采Mining
地位和作用
从地下矿床中开采出工业品位的铀矿石 或将铀经化学溶浸，生产出液体铀化合物
铀的开采
露天开采：露天出入沟
核工程导论
第六章 核燃料循环 Nuclear Fuel Cycle
张继革 上海交通大学 2010
第六章 核燃料循环
6.1 核燃料循环体系 6.2 核燃料循环前端 6.3 堆内燃料循环 6.4 核燃料循环后端
6.1 核燃料循环体系 Nuclear Fuel Cycle
前端 后端
Nuclear Fuel Cycle
铀矿石平均含铀品位为：0.15％
富矿：>0.4%
储量测量：
航空测量
谱仪
铀矿石
铀储量
探明储量：经过地质勘探，计算分析，得到的具体储量
预测储量：铀的矿床、矿田和成矿区域中比较有利的地区，根据 这些地区的成矿条件推算出来的
放大10000倍
铀矿
铀矿石
中国第一块铀矿石
我国的铀资源
中国是铀矿资源不甚丰富 我国铀矿探明储量居世界第10位之后，不能适应
世界铀资源用于反应堆的产能效率
按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤
天然铀资源
用于热中子反应堆
不回收核 回收核燃料
燃料
并复用钚
复用钚
用于快中 子反应堆
勘定储量：5Mt
81
118
236
8850
推测储量：25Mt
405
590 1180 44250
包括海水中的铀：25Gt
40500
59000 11800 442500
世界铀资源
勘定储量：5Mt 推测储量：25Mt 包括海水中的铀：25Gt 世界上重要的铀矿资源国家
澳大利亚44％ 哈萨克斯坦20％ 加拿大18％ 南非8％ 美国、独联体、刚果、尼日利亚等
我国的东北、西北、西南及中南地区都蕴藏有铀
世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
美国
价格
南非
澳大利亚
用于埋藏较浅的矿体 方法剥离表土和覆盖岩石，使矿石出露，然后进行采矿 穿孔爆破、采装、运输和排土 机械化程度高、生产能力大、生产成本低、劳动条件好
地下开采：井巷掘进
用于埋藏较深的矿体 凿岩爆破 井巷工程：决定了矿山基建时间
原地浸出（地浸）in situ leaching,ISL
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 矿石中的铀，并将浸出液提取出地表
核工业西北地质局二Ｏ八大队
核工业地质局二一六大队
核工业东北地质局二四三大队
核工业西北地质局二Ｏ三研究所
核工业中南地质局二三Ｏ研究所
核工业东北地质局二四Ｏ研究所
核工业华东地质局二七Ｏ研究所
核工业西南地质局二八Ｏ研究所
核工业华南地质局二九Ｏ研究所
铀矿石
种类
沥青铀矿
钾钒铀矿
铀含量
核燃料循环系统
铀矿石开采和冶炼 铀转化 铀同位素浓缩 核燃料元件制造 核电站 乏燃料后处理 废物处理
前端
后端
核燃料的制造
冶炼
转化
矿石 组装
黄饼
六氟化铀
烧结
浓缩
组件
芯块
6.2 核燃料循环前端
世界铀资源 铀矿地质勘查 铀矿石开采和选冶 Mining 铀水冶
Uranium Ore Processing
1t天然铀的产能值（MWd/t）
5500*
8000 * 16000 * 600000
折算为标准煤吨数
16225
23600 47200 1770000
*: 分离工厂贫铀中U－235含量取0.2％
铀矿地质勘查
地位和作用
不属于核燃料循环 提供铀矿储量信息
铀矿种类和价值
已发现170多种铀矿床及含铀矿物 具有实际开采价值只有14~18% 一般铀含量0.1~0.3%, 水银的50倍，黄金的1000倍 最高的含量21%,加拿大 主要在花岗岩中