核燃料生产过程
铀钚燃料循环的工艺
铀钚燃料循环的工艺铀钚燃料循环是一种核燃料循环方式，通过对铀和钚的利用，可以提高核能资源的利用率，降低核废料的产生以及减少电力生产过程中的环境污染。
下面是铀钚燃料循环的主要工艺流程：1. 铀矿石加工和浓缩：铀矿石是从地下采矿或露天矿开采中得到的矿石，其中铀的含量一般很低，需要进行加工和浓缩。
通常的浓缩方式是将矿石进行破碎、磨细，并采用化学方法将铀浓缩到可用的水平。
2. 铀燃料制备：铀燃料制备是将浓缩后的铀转化为可用于核反应堆的燃料形态。
一种常见的制备方法是将浓缩的铀氧化成U3O8，然后与氟化铵反应得到铀氟化物（UF6）。
接下来，UF6经过多次升降温和化学转化反应，最终得到UO2和U3O8。
3. 铀燃料在反应堆中使用：铀燃料制备完成后，将其装填到核反应堆中进行核裂变反应。
在反应堆中，铀核发生裂变，并释放出大量的热能，用于产生蒸汽驱动涡轮机发电。
4. 钚提取与分离：在反应堆中，铀核的裂变会释放出一小部分钚。
为了回收利用钚资源，可以采用多种方法将钚从废核燃料中提取出来。
一种常见的方法是将废核燃料溶解在硝酸溶液中，然后通过化学反应将其中的钚与其它元素分离。
5. 钚燃料制备：将从废核燃料中提取出来的钚与铀混合，制备成钚铀混合氧化物燃料（MOX）。
MOX燃料可以在反应堆中代替部分铀燃料使用，实现对钚资源的有效利用。
6. 钚燃料在反应堆中使用：钚燃料制备完成后，将其装填到核反应堆中进行核裂变反应。
与铀燃料类似，钚燃料在反应堆中也可以发生裂变，并释放出大量的热能，用于发电。
7. 利用后核废料的处理：核燃料在反应堆中使用后，产生的核废料具有高放射性和长寿命的特点。
通常采用深地层封存等方法，将核废料安全地处理和储存，以防止对人体和环境的伤害。
总之，铀钚燃料循环是一种通过对铀和钚的利用，提高核能资源利用率、减少核废料产生的核燃料循环方式。
通过铀矿石加工和浓缩、铀燃料制备、铀燃料在反应堆中使用、钚提取与分离、钚燃料制备、钚燃料在反应堆中使用等工艺步骤，可以实现对铀和钚资源的有效利用，为电力生产提供可持续、清洁的能源来源。
核燃料循环PPT课件
第五章 核素图和同位素手册
FWHM（60）： 峰康比：64：1 相对效率（60） ：40％
图3 HPGe谱仪60Co能谱图
第五章 核素图和同位素手册
图4 14C标准溶液的液闪谱 图5 90Sr-90Y样品的液闪谱
第五章 核素图和同位素手册
图6 纯化后239Pu 谱图
第五章 核素图和同位素手册
❖ 核燃料循环
核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧及以后的处理的整 个过程称为核燃料循环。这个过程包括：铀（钍）资源开发、矿 石加工冶炼、铀同位素分离和燃料加工制造，燃料在反应堆中使 用，乏燃料后处理和核废物处理、处置等三大部分。也有一些国 家考虑对乏燃料不进行后处理，或暂不考虑后处理。因此，前者 为闭式核燃料循环（图1-1），后者为开式核燃料循环或一次通过 式核燃料循环（图1-2）。
于1） G3 增殖堆（核燃料转换比大于1）
H．新堆 型开 发阶 段
H1 实验堆 H2 原型堆 H3 商业示范（验证）堆
I1 重水堆，有压力容器式和压力管式之分
I．结构型 式
I2 钠冷快堆，有池式与回路式之分 I3 高温气冷堆，有球床式与柱床式之分 I4 轻水型研究试验堆，有游泳池式、水罐式与
池内罐式之分
479.5 187W 510.6 & 511.0
1460.8 40K
650
600
550
536.7 184Ta 551.5 187W 567.2 583.2 610.5 615.3 618.4 187W 625.5 187W
654.9
685.8 187W
250
200
150
100
50
30.7 179W 58.0 W-K1 & 59.3 W-K2
Chapter3 Nuclear processes(核能生产过程)
Chapter3 Nuclear processes核反应是原子核参与的反应,属于带有反射性的自发反应。
核反应是在被轰击粒子或射线的诱发下发生的。
核反应产生的能量比化学反应多,但它们都遵循物理法则:动量守恒,质量守恒和电荷守恒。
发生核反应的可能性是相当大的,因为发现大概有2000种核素和大量粒子既能作为发射体,又能作为反应的产物,这些粒子有光子,电子,质子,中子,α粒子,氘核和重带电粒子。
在这部分,我们将着重强调诱发性的反应,尤其是那些参与反应的中子。
3.1 元素的嬗变元素从一种状态转变成另一种元素的过程称为嬗变,此过程首次被发现是在1919年,发现者是英国人Rutherford。
他利用α粒子轰击氮原子在辐射场的作用下产生一个氧的同位素(17O)和一个质子(11H),反应式为:42He+147N→178O +11H。
我们发现在反应式的两边的守恒：反应式左右两边质量数(A)都为18相等和质子数等于9。
图表3.1是Rutherford的实验示意图。
带正电的α粒子很难进入氮原子核,因为原子核之间存在电荷斥力。
因此,α粒子必须具有好几MeV能量才能进入氮原子核。
原子核的嬗变是通过带电粒子凭借电场加速作用来提高速度实现的。
首次发现这样的反应有:11H+73Li →242He另外一个反应:11H+126C→137N+γ.反应产生了一个γ射线和一个氮的同位素,后者的半衰期是10.6分钟并释放一个正电荷。
由于中子呈中性,它不需经过静电排斥就能够很容易地穿透一个靶核。
因此,中子成为用来诱发反应极有用的发射体。
很多反应都是基于中子的参与或利用来实现的。
将汞转化成金的反应一直都是炼金士的梦想,描述为：1n+19880Hg →19879Au +11H,控制产生钴-60的反应0为：10n+5927Co→6027Co+γ,同时需要俘获所产生的γ射线。
镉元素对中子俘获,通常被用来核反应堆控制棒吸收中子,反应如下：10n+11348Cd→11448Cd +γ。
放射性废物的处理
题目放射性废物的处理最新进展姓名胡家刚班级地质0901摘要：环境污染是人类面临的一大公害，放射性污染对人类生命安全和地球上生物的生存有严重的威胁，所以特别为人们所关注。
和平利用原子能，为人类造福不浅，但是核废物处置不好，又将对人类是一大危害。
放射性废物如何处置为好，必须进行科学论证。
所以处理放射性废物的发展特别引起我们的关注，新方法新技术的引入将更好的处理这些废物所带来的问题。
关键词：放射性废物，新方法，处理1．放射性废物放射性废物为含有放射性核素或被放射性核素污染，其浓度或活度大于国家审管部门规定的清洁解控水平，并且预计不再利用的物质。
1.1放射性废物的来源大致可分为四类：1.1.1核燃料生产过程：主要包括铀矿开采、冶炼和燃料元件加工等。
1.1.2反应堆运行过程：反应堆中生成的大量裂变产物，一般情况下保留在燃料元件包壳内，当发生元件包壳破损事故时，会有少量裂变产物泄漏到冷却循环水中。
1.1.3核燃料后处理过程：大量裂变产物是核燃料后处理过程的主要废物。
1.1.4 其他来源核工业部门退役的核设施，核武器生产和试验以及其他使用放射性物质的部门如医院、学校、科研单位、工厂等产生的各种废物。
1.2放射性废物的分类1.2. 1 放射性废物radioactive waste为审管的目的，放射性废物为含有放射性核素或被放射性核素污染，其浓度或活度大于国家审管部门规定的清洁解控水平，并且预计不再利用的物质1.2.2 放射性气载废物 radioactive gaseous waste含有放射性气体和气溶胶，其放射性浓度超过国家审管部门规定的排放限值的气态废弃物。
1.2.3 放射性液体废物 radioactive liquid waste含有放射性核素，其放射性浓度超过国家审管部门规定的排放限值的液态废弃物。
1.2.4 放射性固体废物 radioactive solid waste含有放射性核素，其放射性比活度或污染水平超过国家审管部门规定的清洁解控水平的固态废弃物。
第四章 核燃料
4.2.1 .1 二氧化铀的物理性能
（1）晶体结构 （2）密度 （3）熔点 （4）比热容 （5）导热率 （6）热膨胀 （7）蒸汽压
二氧化铀的晶体结构
二氧化铀的晶体结构
图4-2 铀——氧系平衡图
相图中的垂线代表化合物UO2(O/U=2.0)和
U4O9 (O/U=2.25) ， O/U比较大的其它化合物 是U3O8 和UO3。
4.2 二氧化铀燃料
优点： a. 熔点高，晶体结构为面心立方（FCC），各向
同性，并且从室温到熔点没有相变。 b. 高温稳定性和辐照稳定性好。 c. 化学稳定性好，与高温水不起作用，与包壳相 容性好。 d. 在1000℃以下能包容大多数裂变气体。 e. 有适中的裂变原子密度，非裂变组合元素氧的 热中子俘获截面低（0.002靶恩）。 缺点： a. 导热系数小，使芯块的温度梯度过大。 b. 机械强度低、脆，在反应堆条件下易裂，且加 工成型困难
232 90
233 233 Th 01n 233 Th Pa 90 91 92 U T 1 2 27.4天 T 1 2 22.2分
238 92
239 239 U 01n 239 U Np 92 93 94 Pu T 1 2 2.35天 T 1 2 23.5分
铀合金
加入适量铜，可以稳定α相；
加入钼、锆、铌可以稳定γ相。 含铀量60%的锆-铀合金曾用于希平港动力反应堆，
U-ZrH用于脉冲堆，
铀- 锆合金仍是一种有希望的金属燃料。美国的快 堆一体化燃料循环研究就是用金属型的铀-钚-10%
锆合金作钠冷快中子堆燃料的。 铀-钼合金也得到很大的重视，开展了深入的研究工 作。
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。
核电站的燃料棒设计与制造
核电站的燃料棒设计与制造核电站作为一种重要的电力发电方式，其设计与制造的过程涉及诸多关键技术，其中燃料棒的设计与制造是核电站运行的核心环节之一。
本文将探讨核电站燃料棒的设计原理、制造工艺和未来发展方向。
一、燃料棒的设计原理核电站的燃料棒是负责核反应堆中核燃料的装载与运行的关键组件，其设计原理主要包括燃料棒结构、材料选择和寿命预测等方面。
1. 燃料棒结构燃料棒的结构一般由燃料芯、包壳和封头组成。
燃料芯是核反应堆中实际发生核裂变反应的部分，一般由铀或钚等放射性元素组成。
包壳则负责防止核燃料泄漏，并承受反应堆中的高温和高压。
封头则用于封装燃料棒的两端，确保燃料材料的稳定性。
2. 材料选择在燃料棒的设计中，材料的选择至关重要。
材料需要具备较高的耐腐蚀性、良好的热导率和较低的中子吸收截面。
同时，材料还需要具备足够的力学强度和较好的辐照后效应，以保证燃料棒在长期高温高辐照条件下的稳定运行。
3. 寿命预测燃料棒的寿命预测是确保核电站长期安全运行的一项重要任务。
通过对燃料棒材料的辐照损伤及中子吸收量的监测，可以预测其在高辐照剂量后的性能变化，从而及时进行更换，确保核电站的稳定性与安全性。
二、燃料棒的制造工艺核电站燃料棒的制造过程包括燃料芯的制备、包壳的制造和组装等环节。
制造工艺的精细控制对燃料棒的质量与性能具有重要影响。
1. 燃料芯的制备燃料芯的制备主要涉及核燃料的加工、成型和包覆等步骤。
核燃料一般采用金属或氧化物形式，通过粉末冶金工艺或溶胶-凝胶法等方法制备成为满足设计要求的芯块。
接下来，将核燃料芯块包覆在耐腐蚀性材料中，形成燃料芯。
2. 包壳的制造包壳是保护燃料芯不受液体冷却剂侵蚀的重要屏障。
包壳的制造通常采用金属材料，如不锈钢或锆合金。
通过材料的热轧、冷轧、拉伸和焊接等工艺，制造成为形状符合要求、表面光滑的燃料棒包壳。
3. 燃料棒的组装燃料芯和包壳在制造后需要组装在一起形成燃料棒。
组装前需要对燃料芯和包壳进行质量检查和测量，确保其尺寸和性能符合要求。
物理化学核燃料的制造过程
物理化学核燃料的制造过程核能是一种高效、清洁、可持续的能源，具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。
核燃料的制造是核能发展的重要环节之一，而物理化学核燃料制造过程则是其中最为关键的环节之一。
本文将介绍物理化学核燃料制造的基本原理、工艺流程和主要设备，并阐述其优缺点及发展前景。
一、基本原理物理化学核燃料制造是将核燃料元素（如铀、钚等）通过一系列物理化学反应转化为可用于核反应堆的燃料的过程。
其中，最主要的反应包括：氧化、还原、萃取、离心等。
这些反应需要在特定的条件下进行，以达到高效率、高纯度和高安全性的目标。
二、工艺流程物理化学核燃料的制造流程一般包括以下几个步骤：1、原料准备：将矿石或金属氧化物进行破碎、磨细和干燥等处理，以便后续反应的进行。
2、氧化反应：在高温高压条件下，使用氧气或氯气将原料中的金属氧化，生成相应的氧化物。
3、还原反应：在高温高压条件下，使用氢气或碳将氧化物还原成金属单质。
4、精制和提纯：通过萃取、离子交换或色谱法等方法，将金属单质提纯到较高的纯度。
5、燃料颗粒制备：将金属单质粉末制成一定形状和大小的颗粒，并加入其他元素（如锆或钛），以改善其物理化学性质。
6、燃料棒制造：将颗粒燃料封装在锆合金或其他材料制成的燃料棒中，形成核反应堆的燃料。
三、主要设备物理化学核燃料制造的主要设备包括：反应堆、加热炉、萃取塔、离子交换柱、色谱仪等。
这些设备需要根据不同的工艺流程进行选择和优化，以保证生产过程的连续性、稳定性和高效性。
四、优缺点及发展前景物理化学核燃料制造过程具有以下优点：高能量密度、可持续利用、低环境污染等。
它也具有一些缺点：高成本、难以处理和储存废料、安全风险等。
这些问题的解决需要进一步的技术创新和政策支持。
随着科技的不断进步和应用需求的增加，物理化学核燃料制造过程将会有更广泛的应用前景。
例如，在能源危机日益严重的情况下，核能作为一种清洁、高效的能源，将会在未来的能源结构中占据更加重要的地位。
核工业 主要工艺流程
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核原料生产工艺
核原料生产工艺核原料生产工艺是指将天然铀矿石经过一系列化学和物理处理工艺，得到高纯度的铀产品的过程。
核原料包括丰度较高的铀浓缩物和较低丰度的铀二氧化物。
接下来，我将简要介绍核原料的生产工艺。
核原料的生产工艺一般包括采矿、浸出、浮选、浓缩与沉积、钙石脱碳、氨提与全钛氧化、超重水滤液处理和提取。
首先是采矿。
核原料主要以天然铀矿石为来源，其中最主要的矿石有铀矿石、钍矿石等。
这些矿石中含有铀、钍等铀系元素，我们需要通过采矿将它们提取出来。
然后是浸出。
浸出是指将采来的矿石经过粉碎研磨后与化学溶剂接触，使得矿石中的铀和钍等元素与溶剂发生反应，从而将它们溶解出来。
常用的溶剂有浸硫酸、碱性碳酸铵等。
接下来是浮选。
浮选是将浸出得到的矿浆经过重力选矿、浮选机械搅拌等方法，将含有铀和钍的矿浆分离出来。
通常，由于铀的比重较大，它会与重浆沉降在底部，而钍则浮在上层的水面。
然后是浓缩与沉积。
将铀和钍浓缩到一定的浓度后，就可以进行沉淀分离。
一种常用的方法是将铀和钍与钙石发生化学反应，产生可溶解的碳酸铵铀和可沉淀的钍沉淀。
然后通过沉淀、过滤等步骤，将它们分开。
接下来是钙石脱碳。
铀与钒在提取和二氧化铀制备过程中都需要用到纯度较高的钙石。
这里的钙石脱碳就是将生产过程中产生的二氧化碳与钙石发生化学反应，将碳酸钙分解成二氧化钙和二氧化碳。
然后是氨提与全钛氧化。
钙石中还会含有一定量的钛等杂质金属。
氨提与全钛氧化就是利用氨提取钛等杂质金属，并将其与二氧化铀发生反应，形成钛铀混合物。
然后将钛铀混合物经过各种化学处理和热处理，使得钛与铀分离，得到高纯度的二氧化铀。
最后是超重水滤液处理和提取。
在核燃料加工过程中会产生一些废液，其中含有一定量的重水，这种有用的重水可以通过滤液处理来提取。
滤液处理过程中，还可以提取一些其他有价值的元素。
总结来说，核原料的生产工艺是一个复杂的过程，包括采矿、浸出、浮选、浓缩与沉积、钙石脱碳、氨提与全钛氧化、超重水滤液处理和提取等步骤。
高温气冷堆核燃料元件制造
高温气冷堆核燃料元件制造高温气冷堆核燃料元件制造引言：高温气冷堆核燃料元件制造是核能领域的重要组成部分之一，其设计和制造对于核电站的运行安全和核能行业的发展具有重要意义。
本文将详细介绍高温气冷堆核燃料元件的制造过程、关键技术和挑战，并探讨其在核能行业中的应用前景。
一、高温气冷堆核燃料元件的制造过程高温气冷堆核燃料元件主要由燃料芯、包壳和支撑结构三部分组成。
制造过程包括燃料芯制备、包壳制造和支撑结构制造三个主要环节。
首先是燃料芯制备。
燃料芯是核燃料的核心部分，由含有丰富铀235同位素的陶瓷颗粒组成。
燃料芯制备过程中，需要先将铀化合物粉末与碳化剂混合，并通过压片工艺将其制成燃料芯块。
然后，燃料芯块需要经过烧结和磨削等工艺步骤，最终得到具有一定尺寸和形状的燃料芯。
其次是包壳制造。
包壳是包裹燃料芯的外部保护层，主要起到保护和固定燃料芯的作用。
包壳一般由耐高温、耐腐蚀的材料制成，如钛合金、不锈钢等。
制造包壳的首要工艺是材料的选取和加工。
在材料选取方面，需要考虑到其物理和化学性质，以及与燃料芯的匹配性。
在加工方面，包壳通常采用旋压或其它成形工艺，将板材加工成具有一定尺寸和形状的管状包壳。
最后是支撑结构制造。
支撑结构用于固定和支撑燃料芯，保证其在堆芯内的稳定性。
支撑结构通常由耐高温、高强度的材料制成，如钛合金、钼合金等。
制造支撑结构的工艺主要包括材料选取、加工和焊接等步骤。
材料选取需要兼顾强度、耐腐蚀性和低热膨胀系数等因素。
加工和焊接需要遵循严格的工艺规范，以保证支撑结构的质量和可靠性。
二、关键技术与挑战高温气冷堆核燃料元件的制造中存在一些关键技术和挑战。
首先是燃料芯的制备技术。
燃料芯的制备需要对铀化合物的混合、压片、烧结和磨削等工艺进行优化和控制，以提高燃料芯的密实度和尺寸精度。
此外，燃料芯的均一性和坚固性也是制备过程中需要解决的问题。
其次是包壳的制造技术。
包壳制造过程中需要克服材料选择和加工难度大的问题，以及确保包壳的表面光洁度和尺寸精度。
核工业组成及其工作流程
55、核工业体系的组成及其流程核工业是一个十分广大的系统工程,其组成体系包括：铀矿勘探、铀矿开采与铀的提取、燃料元件制造、铀同位素分离、反应堆发电、乏燃料后处理、同位素应用以及与核工业相关的建筑安装、仪器仪表、设备制造与加工、安全防护及环境保护;56、核燃料循环及其组成核燃料循环是核工业体系中的重要组成部分;所谓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;燃料循环通常分成两大部分,即前端和后端,它包括铀矿开采、矿石加工选矿、浸出、沉淀等多种工序、铀的提取、精制、转换、浓缩、元件制造等；后端包括对反应堆辐照以后的乏燃料元件进行铀钚分离的后处理以及对放射性废物处理、贮存和处置;57、铀矿地质勘探铀是核工业最基本的原料;铀矿地质勘探的任务,是查明和研究铀矿床形成的地质条件,阐明铀矿床在时间上和空间上分布的规律,运用铀矿床形成和分布的规律指导普查勘探,探明地下的铀矿资源;地壳中的铀,以铀矿物、类质图象形成含铀矿物和吸附状态的形式存在;由于铀的化学性质活泼,所以不存在天然的纯元素;铀矿物主要是形成化合物;目前已发现的铀矿物和含铀矿物有170种以上,其中只有25-30种铀矿物具有实际的开采价值;铀矿床是铀矿物的堆积体;铀矿床是分散在地壳中的铀元素在各种地质作用下不断集中而成的,也是地壳不断演变的结果;查明铀矿床的形成过程,对有效地指导普查勘探具有十分重要的意义;并不是所有的铀矿床都有开采、进行工业利用的价值;影响铀矿床工业评价的因素很多,有矿石品位、矿床储量、矿石技术加工性能、矿床开采条件,有用元素综合利用的可能性和交通运输条件等;其中矿石品位和矿床储量是评价铀矿床的两个主要指标;铀矿普查勘探工作的程序,包括区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等相互衔接的阶段;同时还伴随-系列的基础地质工作,如地形测量、地质填图、原始资料编录、岩石矿物鉴定、样品的化学和物理分析、矿石工艺试验等;58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59．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;60．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％的贫化铀可作为贫铀弹的材料等61.反应堆用的燃料元件经过提纯或同位素分离后的铀,还不能直接用作核燃料,还要经过化学,物理、机械加工等复杂而又严格的过程,制成形状和品质各异的元件,才能供各种反应堆作为燃料来使用;这是保证反应堆安全运行的一个关键环节;按组分特征,可分为金属型、陶瓷型和弥散型三种；按几何形状分,有柱状、棒状、环状、板状、条状、球状、棱柱状元件；按反应堆分,有试验堆元件,生产堆元件,动力堆元件包括核电站用的核燃料组件;核燃料元件种类繁多,一般都由芯体和包壳组成;核燃料元件在核反应堆中的工作状况十分恶劣,长期处于强辐射、高温、高流速甚至高压的环境中,因此,芯体要有优良的综合性能;对包壳材料还要求有较小的热中子吸收截面快堆除外,在使用寿期内,不能破损;因此,核燃料元件制造是一种高科技含量的技术;62．乏燃料的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;后处理工艺可分下列几个步骤：1冷却与首端处理：冷却将乏燃料组件解体,脱除元件包壳,溶解燃料芯块等;2化学分离：即净化与去污过程,将裂变产物从Ｕ-Pu中清除出去,然后用溶剂淬取法将铀-钚分离并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来;3通过化学转化还原出铀和钚;4通过净化分别制成金属铀或二氧化铀及钚或二氧化钚;放射性废物处理与处置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。
核电站流程范文
核电站流程范文1.燃料生产：核电站首先需要生产核燃料。
常见的核燃料是铀-235或钚-239，它们需要从铀矿石中提取出来。
首先，铀矿石经过采矿、选矿、粉碎等步骤得到铀精矿。
然后，通过浸出、萃取和纯化等工艺将铀精矿转化为氟化铀。
最后，氟化铀经过还原反应，得到金属铀或铀氧化物，用于制备核燃料。
2.燃料元件装配：核燃料一般是以一定数目的核燃料衬板、导热材料和包围材料构成的燃料元件。
核燃料元件装配通常在特定的装配区进行。
制造过程包括将核燃料衬板和其它材料粘合在一起，然后将其裁剪成所需尺寸并在合适的材料中封装。
3.核反应堆运行：核反应堆是核电站的核心部分，是核燃料进行裂变反应产生能量的地方。
核反应堆运行过程中，燃料元件被放入核反应堆中的反应堆芯。
当燃料元件在反应堆芯中进行裂变时，产生的热能会转化为蒸汽，蒸汽会驱动汽轮机发电。
4.蒸汽轮机和发电机操作：在核反应堆生成的热能转化为蒸汽后，蒸汽被输送到蒸汽轮机中。
蒸汽轮机通过将高压高温的蒸汽喷射到涡轮叶片上，使其旋转。
涡轮旋转的同时，轴上的发电机也会转动，从而产生电能。
5.冷却循环：核反应堆运行时会产生大量的热量，需要通过冷却循环来确保核反应堆和其他设备的温度保持在合适范围内。
常用的冷却剂是水，根据核电站的不同，可能会使用不同的冷却循环。
6.辅助系统操作：核电站中还有许多辅助系统，包括控制和监测系统、安全系统、废物处理系统等。
这些系统的操作和维护非常重要，可以确保核电站的正常运行和安全。
7.废物处理：在核电站运行过程中会产生废物，包括放射性废物和不放射性废物。
这些废物需要进行安全处理和储存，以防止对环境和公众健康造成伤害。
8.安全检查和维护：核电站需要定期进行安全检查和维护工作，确保设备和系统的正常运行。
这些工作包括设备的清洁、检修、校准以及核材料的检查和更换等。
以上就是核电站的主要流程。
核电站是一项复杂而严谨的工程，需要高度的安全控制和技术要求。
任何一个环节出现问题都可能对环境和人类健康产生严重影响，因此核电站的运行必须严格遵循相关的法律法规和安全规范。
核电厂材料-核燃料
29313Pa
�T�1 2�23.�4天�
U 233
92
UU 239
92
�T�1 2�23.�5分�
29339Np
�T�1 2�23.�3天�
29349Pu
理想的核燃料需具备以下特点
燃料中易裂变原子密度高，即材料中应含有高浓度的裂变 （或增殖）原子，其它组合元素中不应有中子吸收截面大的 原子。
UO2
UC
UN
Pu
MOX
熔点（℃） 晶体结构
1133 αRT-668 β668-774γ774MP
2865 FCC
2380 FCC
2850
640
2400
FCC
α 、 β 、 γ 、
δ、
δ′ 、 ε
理论密度 Mg/M3 18.06-
10.96
13.63
14.3
19.04
热胀系数 106/℃
热导率 W/m ． K （℃） 断裂强度 MPa
“ 假如规划到 2020 年实现 1 亿千瓦的装机容量 ，我们分析将有 88% 的天然铀都要从国外进口 ，这是大问题。”
“ 淘铀热”在澳大利亚表现得最为疯狂，在全球 可轻易开采的铀（“黄饼”（铀化学浓缩物） ） 储量中，该国约占 40% 。 澳大利亚只有 3 处 铀矿 .2004 年初以来，铀价已上涨 2 倍，至每 磅 40 美元。分析人士预计，铀价将进一步大幅 上扬。
届时该矿将成为世界第二大铀矿， 5-10 年内也将使纳米比亚成 为世界第三大产铀国，仅次于澳大利亚和加拿大。带动纳当地 GDP 年增长约 5% ，为当地创造约 2000 个长期就业。目前建 矿期就业 6000 多个，当地雇员近 5000 人。
可以用作核燃料的核素有铀 -233 、铀 -235 、钚 -239 ，其中只有铀 -235 是天然存在的， 天然铀中仅含 0.714% 的铀 -235 ，其余为约占 99.28% 的铀 -238 和约占 0.006% 的铀 -234 。
核工业的知识点总结
核工业的知识点总结核工业是指利用核能进行工业生产和应用的一种产业形式。
核工业包括核能发电、核燃料加工、核辐射技术应用以及核材料加工等多个领域。
核工业在人类生活和生产中发挥着重要的作用，同时也具有重要的战略地位。
本文将从核能的基本原理、核能利用技术、核安全和环境保护等方面进行核工业的知识点总结。
一、核能的基本原理核能是指由原子核内部的核反应所释放出的能量。
核反应是指原子核中的质子和中子之间的相互作用。
核能的释放主要有两种方式，一是核裂变，二是核聚变。
1. 核裂变核裂变是指重核在受到中子轰击后裂变成两个相对轻的核，并释放出大量的能量。
核裂变的反应公式可以表示为：U235 + n → Ba144 + Kr89 + 3n + 200MeV其中U235代表铀235，n代表中子，Ba144代表钡144，Kr89代表氪89，MeV代表兆电子伏。
2. 核聚变核聚变是指两个轻核融合为一个重核，并放出能量。
核聚变的主要反应是氘核和氚核融合成氦核和中子，反应公式可以表示为：D2 + T3 → He4 + n + 17.6MeV其中D2代表氘核，T3代表氚核，He4代表氦核，n代表中子，MeV代表兆电子伏。
二、核能的利用技术核能的利用技术主要包括核能发电、核燃料加工、核辐射技术应用以及核材料加工等多个领域。
1. 核能发电核能发电是利用核裂变或核聚变的能量来产生电能。
目前主要采用核裂变技术来产生电能。
核裂变的能量释放可以用来加热水蒸汽，从而推动蒸汽轮机发电。
核裂变发电厂的主要部件包括核反应堆、蒸汽发生器、蒸汽轮机和发电机。
2. 核燃料加工核燃料加工是指对天然铀矿石进行提取、浓缩和加工，制备成核燃料元件，用于核反应堆内的核裂变反应。
核燃料的加工过程主要包括铀浓缩和铀浆料制备。
3. 核辐射技术应用核辐射技术应用包括医疗影像、辐射治疗、食品辐照、工业检测等多个方面。
医疗影像主要包括X射线成像、CT扫描和核磁共振成像。
辐射治疗主要是利用放射性同位素对癌细胞进行治疗。
核工程导论 第六章_核燃料循环
潘良明重庆大学4.1 4.2 4.3 堆内燃料循环4.4 核燃料循环后端前端铀矿石开采和冶炼 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黄饼矿石浓缩芯块烧结组装Uranium Ore Processing铀化合物的转化Conversion (UO 2, UO 3, UF 4, UF 6, U 3O 8, U)Uranium EnrichmentFuel Fabrication (AGR, FBR, GCR, LWR, MAGNOX, MOX, PHWR, RBMK, Pellets)勘定储量：推测储量：包括海水中的铀：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加拿大哈萨克斯坦美国价格世界铀资源用于反应堆的产能效率1770000折算为标准煤吨数6000001t 天然铀的产能值（442500包括海水中的铀：44250推测储量：8850勘定储量：用于快中子反应堆天然铀资源按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤*: 分离工厂贫铀中997.748Gt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•具有实际开采价值只有•一般铀含量•最高的含量•主要在花岗岩中影响铀矿床工业的主要因素•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探核工业地质局核工业北京地质研究院核工业航测遥感中心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研究所核工业总公司种类•沥青铀矿•钾钒铀矿铀含量•铀矿石平均含铀品位为：•富矿： 储量测量：•航空测量•γ 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铀矿石铀矿放大倍广西富钟县花山区铀矿中国是铀矿资源不甚丰富我国铀矿探明储量居世界第位之后，不能适应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%、砂岩型四大类型的铀矿床•北方铀矿区以火山岩型、砂岩型为主Æ地浸•南方铀矿区以花岗岩型为主Æ堆浸广东湖南江西云南广西浙江新疆河北陕西已探明的铀矿•大小铀矿床•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）•苏联技术•建于1960年铀含量•铀的矿冶工艺•提炼方式•铀的选矿重力选矿、磁选选矿、放射性选矿•铀的水冶用酸或碱的水溶液•铀的纯化浓缩和纯化使铀和杂质分开Æ达到较高和 产品•重铀酸铵（黄饼）铀矿开采铀含量0.1%~0.2%形态矿石矿浆粉末核纯铀40%~70%陶瓷等75%我国的铀矿开采和矿石提炼能力 中国有几十座矿山、铀水冶厂、铀开采联合企业 中国的铀处理厂在矿山附近。
核燃料元件中燃料棒制造过程FMEA分析构架
核燃料元件中燃料棒制造过程FMEA分析构架摘要：由于核燃料元件在反应堆内的环境极端恶劣，所以对燃料棒的质量要求极高，在燃料棒的制造过程中除了要严格控制生产工艺外，还要对包壳管和燃料棒进行严格的检验。
作为产品制造人员，不止应该知道如何制造，还应基本了解出现的缺陷的原因和防止措施。
在核燃料元件制造过程中，工艺过程比较复杂，并且对工艺条件的要求比较高。
随着生产规模不断扩大，目前，在核燃料元件燃料棒制造过程中，对自动化生产装置的应用越来越普遍。
为了保证核燃料元件制造的安全水平，需要加强燃料棒制造过程风险分析工作，并对燃料棒制造过程甲架构进行深入研究。
关键词：核燃料元件；燃料棒制造；甲分析架构前言在燃料棒应用过程中，其作为核反应堆的核心部件，是保证反应堆能够正常运行的重要环节，是反应堆在运行过程中产生热量、维持链式反应的主要来源。
在核燃料组件制造生产过程中必须对其安全风险进行科学评价，并掌握燃料元件的性能，以不断改进产品质量，提高产品可靠性和安全性。
一、燃料棒制造过程风险系统分析概述目前，在燃料棒制作过程中，根据AP1000燃料棒的设计要求，其有产生热能的特点，需要将热能传递给冷却剂，还有包容燃料和裂变产物的功能。
因此，在燃料棒设计过程中，需要严格按照相应的要求确保其能够达到设计的最高燃耗。
同时在不同工况下保持燃料棒的完整性，还要维持可冷却的几何形状。
燃料棒的质量直接影响反应堆安全性、经济性和先进性。
燃料芯块一般会利用低富集度的圆柱状烧结二氧化铀陶瓷块进行制造，密度为95%T.D.，芯块的两端为浅碟形并倒角，可以补偿膨胀差，并降低PCI效应。
而包壳管是防止放射性外逸的第一道屏障，因此在包壳制造过程中需要选择能够有效消除应力的ZIRLO合金进行制作，包壳材料还要具有较强的抗腐蚀性能。
上下端塞使用应用经验丰富的锆4合金制作，并将其压入包壳管内，保证有足够的长度，确保在焊接时端塞与管的准直度。
在端塞外部会设置外部锐边倒钝。
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图解核燃料生产过程
铀矿石中含铀量普遍不高，其放射性主要来自伴生的镭和氡，铀本身的放射性是相当有限的;所以，矿山开采，做好通风是必要的(带走氡);而镭等则在水冶厂生产过程中，被甩到尾渣里了(尾矿坝)。
水冶厂出来的产品，因为矿石成分不同，采取的工艺也有差别，黄饼是通行的称呼，但重铀酸铵或者三碳酸铀酰铵(钠)等也是常见产品;其中杂质也和矿石、工艺有关，除杂比较好的可以称为核能纯产品。
核能纯产品纯化很简单，否则就要经过再纯化，以进一步去除产品中的杂质离子(和放射性元素无关，比如铁钙镁钒等)。
这个就是黄饼，比较干燥，131潮湿一些，样子有点像鸡蛋黄。
这个是装黄饼的桶，可以看看工作人员有什么特别防护没有。
类似的产品桶，咱以前常靠着吸烟(主要是为了让学员放松一些，倒不是真要在
产品库吸烟)。
装运产品的产品桶，咱也靠着打过盹和吃过饺子，那是很多年前在运送产品的
专列上。
纯化后的铀化合物，经过几个步骤，逐步转化成六氟化铀，以便于利用气体离心机进行分离浓缩(六氟化铀加热后就成为气态，冷却后就是结晶，这个是个非常好的特性)。
分离浓缩想必大家都清楚，就是通过气体离心机的级联，将天然铀中丰度0.7%左右的铀235，逐步浓缩到4.5%左右;这个过程是以六氟化铀形势存在的，浓缩后的低浓缩铀丰度4.5%左右，而分离后的尾料就是贫料(贫铀)，其中含有0.2--0.3%的铀235。
低浓缩铀，必须再次经过转化，变成氧化铀，然后制胚、烧结成氧化铀陶瓷，也就是所谓的核燃料(芯块)了;氧化铀陶瓷具有非常好的强度和热工性能。
姑且算是一粒柴吧。
这个是制胚
这个是烧结
燃料芯块，按照一定要求装入锆管中，加上相应附件(气室、弹簧的等，理工科的容易理解，这东西可是高温下使用的，还会产生少量气体)，封装后就成了燃料棒。
这就是一根柴了。
燃料棒，按照一定位置，逐支插入、固定在燃料组件(一个框架，其中包含有控制棒导管、搅浑格架和锁紧机构等)中，安装相应附件就成了核燃料组件。
也就是一捆柴了。
这个是燃料工厂的一角
这个是安装了控制棒的核燃料组件。
这个是核燃料组件运输罐和车
反应堆堆芯，可以看看核燃料组件排列布置方式，所谓157、177堆芯，指的就是堆芯装载燃料组件的数量，有兴趣的可以再自己去发掘一下装有控制棒组件的燃料组件该怎么布置。
这个是堆芯模型，可以看到核燃料组件怎么排列和插入的。
反应堆堆芯换料，可以看到移到一遍的反应堆压力容器上盖。
从堆芯卸载乏燃料。
储存乏燃料的乏燃料水池。
乏燃料组件运输车和碰撞试验。
顺便来一张国外核电站的警卫图。
乏燃料在经过几年时间冷却后，运输到后处理厂，再次储存在水池里。
在经过检测，可以进行再处理后，将乏燃料组件中的燃料棒，利用机械绞断，浸泡在硝酸溶液中，其中的陶瓷芯块溶解，锆管则回收利用。
这些回收后的金属经过锻压。
变成金属锭。
储存金属锭的运输罐。
而溶解在硝酸中的燃料芯块，分离出铀和钚后，高放废物烧结成陶瓷，储存在
罐内，进行填埋处置。
而回收的铀可以掺混或者再次浓缩，制成新燃料;钚以氧化钚的形式储存，或者添加到氧化铀中，做成MOX燃料。
这个是新燃料组件。
从上面的图解中不难看出，整个过程中就一个浓缩过程是气态的，而且这一段也是最费投资的。
六氟化铀没有想象的那么毒，刺激性和重金属特性倒是比较突出;六氟化铀在容器中是稳定的(温度，生产过程中加热气化)，生产全流程也是闭合流程，现做现用，转化和浓缩过程中向厂房内和厂区外泄露概率很低(负压);这东西重量很大，常温下很容易沉降，就是泄露扩散范围也有限。
六氟化铀的风险主要在大量的尾料(贫铀)的处理方式，这个数字累积起来比低浓缩铀产品大很多，长期储存后可以转化为稳定氧化铀形态，风险就小的多了。
整个生产过程中的废弃物主要是纯化分离出的杂质和酸碱，不过这些废弃物和放射性无关，属于化学处理的残余，量也不大，处理也比较简单，有回收利用价值的，可以返回水冶厂再回收利用;没有回收价值的，也运回水冶厂，中和后(用大量生石灰即可)进入尾矿坝。
乏燃料中放射性物质很杂，裂变产物活化产物锕系元素，短中长寿命的都有，数量和强度各异，每个阶段也各有特色，不一而足。
处理上，先放置冷却，让一些短寿命的元素偃旗息鼓后进行后处理，
分离出有用的铀钚(下一步再分开铀和钚)，其他废物打包浓缩，再烧结成陶瓷(也叫玻璃)装罐，堆放到永久填埋场。