五、核燃料循环(完)

4.2 铀资源
世界铀资源分布/储量
铀现货价格变化
4.2 铀资源
按国家分列的年铀产量
Country or area
Kazakhstan Canada Australia Niger Namibia Uzbekistan Russia^ USA China ^ Malawi Ukraine^ South Africa India^ Brazil Czech Rep Romania^ Pakistan^ Total Production (tU) 2002 2800 11,604 6854 3075 2233 1860 2900 883 730 0 800 824 230 270 465 90 38 36,036 2003 3300 10,457 7572 3143 2036 1589 3150 779 750 0 800 758 230 310 452 90 45 35,576 2004 3719 11,597 8982 3282 3038 2016 3200 878 750 0 800 755 230 300 412 90 45 40,178 2005 4357 11,628 9516 3093 3147 2300 3431 1039 750 0 800 674 230 110 408 90 45 41,179 2006 5279 9862 7593 3434 3077 2270 3400 1692 750 0 800 534 230 190 359 90 45 39,670 2007 6637 9476 8611 3135 2879 2320 3413 1654 712 0 846 539 270 299 306 77 45 41,282 2008 8521 9000 8430 3032 4366 2338 3521 1430 769 0 800 655 271 330 263 77 45 43,853 2009 14,020 10,173 7982 3243 4626 2429 3564 1453 750 104 840 563 290 345 258 75 50 50,772 2010 17,803 9873 5900 4198 4496 2400 3562 1660 827 670 850 583 400 148 254 77 45 53,663 2011 19,451 9145 5983 4351 3258 3000 2993 1537 1500 846 890 582 400 265 229 77 45 54,610 2012 21,317 8999 6991 4667 4495 3000 2872 1596 1500 1101 960 465 385 231 228 90 45 58,394
4.2 铀资源
根据OECD/NEA与IAEA《2011年铀:资源、生产和需求》 全球开采成本低于260美元/KGU的总探明资源量709. 66万 tU.以现有的消耗速率,可满足100多年全球核电站的需要。 未探明资源量约为1040.05万tU。
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
世界铀资源用于反应堆的产能效率
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
我国铀矿分布图
新疆 河北
陕西
江西
湖南 云南 广西 广东
浙江
4.4 转化
将采冶得到的铀浓缩物中的铀转换 为六氟化物(UF6)的物理/化学过程 UF6转化主要厂商：加拿大 Cameco, 法国Areva, 美国 ConverDyn, 俄罗斯Rosatom, 六氟化铀 中国CNNC。年产量5.7万吨UF6 。(天然U-235丰度0.711%)
采用天然铀的反应堆则将铀浓缩物转化为UO2。 主要厂商是Cameco及为本国提供需要的阿根廷、 罗马尼亚、印度和中国的工厂。
4.4 转化
黄饼
六氟化铀
铀转化工厂
中国有三座铀转化厂，主要集中在中国的西北地区
即将建成在四零四厂的中国最大的集中铀转化厂，是我国规模 最大的六氟化铀生产厂
4.5 浓缩
现在运行的大多数核 电站都需使用浓缩后 的铀 分离功单位(SWU)
4.6 燃料元件制造
压水堆燃料组件的制作 1. 基本结构 图给出了压水堆正方形 燃料组件的示意图。 压水堆的燃料组件：正 方形或六角形 控制棒导向管、上管座 和下管座、定位格架。 燃料棒靠定位格架保持 位置，在上、下管座之间留 有燃料棒热膨胀间隙。
压水堆1717型燃料组件、控制组件及燃料棒
4.6 燃料元件制造
2. 中低放废物处置 陆地浅埋、岩洞处置、水力压裂和海沟投放。 3. 铀废石与尾矿的处置 （1）改革传统的采选冶工艺，尽可能地减少废 物的产生量。 （2）妥善处置退役关闭的矿山和选冶厂。 （3）对废石场和尾矿坝进行最终处置。 物理处置法，化学稳定法，植被法，综合法。 （4）研究新的最终处置技术 浓缩法堆坝技术、细颗粒尾砂固化技术、尾矿 烧粒技术、尾矿除镭技术等。
铀矿地质勘查
铀矿 野外勘探 遥感合成图
铀矿地质勘探
核工业总公司 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
重水堆燃料组件的制作 天然UO2为陶瓷燃料芯 块、锆-4包壳及结构材料， 短棒束型燃料组件。 重水堆燃料棒束组件由 UO2芯块、锆包壳、石墨中 间层、端塞、隔离块、支承 垫和端板七个部分组成。 典型的制造工艺过程可 分为三步：锆-4合金结构 件的加工、燃料棒的制备、 燃料棒束的组装和检查。
CANDU-6型重水堆燃料棒束组件
4.8 核燃料的处理
放射性废物的处理和处置 放射性废物通常定义为“含有放射性核素 或受放射性核素污染的预期不再使用的任何 材料，且放射性核素的浓度或放射性污染水
平大于管理部门规定的豁免水平。”
放射性废物及其处置问题是几十年来在原 子能应用领域中各国科学家、政府和公众最 为关注的问题之一。
4.8 核燃料的处理
4.7 堆内使用和水池暂存
28
4.8 核燃料的处理
乏燃料处理：对堆中用过的核燃料进行处理的过程。 主要工艺：PUREX萃取法回收钚和铀。MA、LLFP。 采用后处理路线的国家：俄罗斯、法国、英国、日本、 印度、中国等。 后处理能力（tHM/年）：法国2000 ，英国2400，日 本800，俄罗斯400，印度260。中国中试厂。全世界 每年卸出乏燃料1万吨。
核燃料循环
1 核燃料循环 2 铀资源 3 勘探与采冶 4 转化 5 浓缩 6 元件制造 7 堆内使用和暂存 8 核燃料的处理
6.1 核燃料循环 Nuclear Fuel Cycle
前端
后端
4.1 核燃料循环
核燃料循环 铀钚燃料循环、钍铀燃料循环 循环方式：一次通过，后处理燃料循环，先进燃料循环
236 1180 11800 16000 * 47200
8850 44250 442500 600000 1770000
*: 分离工厂贫铀中U－235含量取0.2％
4.3 勘探与采冶
铀矿地质研究 铀矿勘查 露天开采，地下开采 主要工艺：地浸、堆浸 2013年产量5.8万吨铀 数字化矿山
放射性废物的处置 1. 高放废物的处置 使其与人类环境长期隔离。即乏燃料、高 放玻璃固化块和超铀废物。 高放废物的最终处置方案： （1）深地层处置 巷道处置、岩石熔化和超深钻孔。 （2）海床处置 目前尚有法律障碍。 （3）分离嬗变 锕系元素和长寿命的裂变产物，通过中子 照射，嬗变为短寿命的核素。
4.8 核燃料的处理
方法：离心、扩散， U235
研发激光分离技术
2013年产量4.7万吨SWU
天然铀 （0.711%U235）
低浓缩铀 （2-5%U235）
主要浓缩厂：Urenco, Rosatom, CNNC 等, USEC
与后处理同属核扩散敏感技术
铀浓缩
铀－235同位素的浓度 天然铀：0.712％（CANDU） 铀浓缩 --同位素分离
3
核燃料的制造
冶炼
转化
矿石
黄饼
六氟化铀
浓缩
组装
烧结
芯块 组件
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
按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤 用于热中子反应堆 用于快中 子反应堆
天然铀资源
勘定储量：5Mt 推测储量：25Mt 包括海水中的铀：25Gt
1t天然铀的产能值（MWd/t） 折算为标准煤吨数
不回收核 燃料
回收核燃料 并复用钚
复用钚
81 405 40500 5500* 16225
118 590 59000 8000 * 23600
废物处置：高、中、低放射性废物
4.8 核燃料的处理
核燃料的后处理 （1）回收剩余的易裂变核素235U和Pu 或233U及可转换核素238U或232Th。 （2）提取有用的裂变产物90Sr、137Cs 和超铀元素Np、Am和Cm。 （3）去除长寿命的放射性核素和中子 吸收截面大的裂变产物，对放射性废物 进行处理和处置。
铀矿石
放大10000倍
铀矿
Fra Baidu bibliotek
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 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
浓缩铀：2(轻水堆)~10％，低浓缩铀、高浓缩铀
贫料铀：0.2%（未料）
铀同位素分离扩散机群
Gaseous diffusion
铀同位素离心级联
Ultracentrifugation
日本的浓缩厂
青森県上北郡六ヶ所村大字尾駮字野附
铀同位素分离扩散机群
4.6 燃料元件制造
全世界需求量超过6000tHM，压 水堆4000tHM, 沸水堆约 2000tHM，还有重水堆元件，目 前全球产能大于需求。 主要生产商：Areva、西屋公司、 GNF 、TVEL 、CNNC
遥感合成图
黄饼 浸出
11
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 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