核燃料加工

核燃料加工指從瀝青鈾礦或其他含鈾礦石中提取鈾、濃縮鈾的生產，對鈾金屬的冶煉、加工和生產，以及其他放射性元素、同位素標記、核反應堆燃料元件的製造。還包括核廢物處置活動。

基本介紹

• 中文名：核燃料加工
• 外文名：nuclear fuel processing
• 領域：核能利用

範圍

核燃料加工包括：

—稀有放射性金屬冶煉產品：釙、鐳、錒、釷、鏷、鈾、人造鍅、人造鎿、人造鈽等；

—天然鈾及其化合物的溶合、彌散或混合物；

—濃縮鈾及其化合物；鈽及其化合物；

—貧化鈾及其化合物；釷及其化合物；

—其他放射性元素、同位素標記或化合物；

—用於核反應堆的未受輻射的燃料元件；

—核廢物處置。

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不包括：

—核輻射加工，列入4240（核輻射加工）。

核燃料

核燃料包括裂變燃料和聚變燃料 (或稱熱核燃料)。裂變燃料主要指會裂變的同位素鈾-235或鈾-239或鈾-233的物質。鈾-238和釷-232是轉換成易裂變核素的原料且它們本身也可以產生少量裂變，所以也稱之為核燃料。聚變燃料有氘、氚、鋰-6和化合物氘化鋰-6等。

鈾是最基本的裂變燃料。在自然界存在的天然鈾中，主要成分是鈾-238(約占99.28%)、易裂變同位素鈾-235 (占0.71%) 和極微量的鈾-234。常用的核燃料，其鈾-235的豐度比天然豐度大，是由天然鈾經同位素分離獲得的。鈾-232在自然界中不存在，是利用釷-232在核反應堆用中子照射後得到的。自然界存在的釷幾乎100%是釷-232，且常和鈾、稀土元素共生。自然界中幾乎沒有鈽。

易裂變的鈽-239是利用鈾-238在反應推中經中子照射轉換而變成的。氘是氫的穩定同位素，存在於普通水中的重水 (D2O) 內，但含量很低，需要利用電解、蒸餾或化學交換等分離方法製得。氚是氫的放射性同位素。氘在自然界極少，主要是利用金屬鋰-6或它的含金，在核反應堆內經中子照射而製得。氘化鋰是由鋰-6和氘直接反應化合而成的固態化合物。核燃料最早用於軍事，作為核子彈、氫彈等核武器的裝藥和核動力潛艇用反應堆和生產堆的燃料元件。裂變燃料現已廣泛用於核電站反應堆和各種試驗堆中。

鈾礦開採

鈾礦開採是生產鈾的第一步。它的任務是把工業品位的鈾礦廠從地下礦床中開採出來，或將鈾經化學溶浸，生產出液體鈾化合物。鈾礦的開採與其它金屬礦的開採基本相同，但是由於鈾礦有放射性，能放出放射性氣體（氡氣），品位較低，礦體分散（單個礦體的體積小）和形態複雜，所以鈾礦開採又有一些特殊的地方。
鈾礦開採方法主要有露天開採、地下開採和原地浸出采鈾三種方法。露天開採是按一定程式先剝離表土和覆蓋岩石，使礦石出露，然後進行採礦，這種方法一般用於埋藏較淺的礦體。
地下開採是通過掘進聯繫地表與礦體的一系列井巷，從礦體中采出礦石，地下開採的工藝過程比較複雜。一般在礦床離地表較深的條件下採用這種方法。
原地浸出采鈾是通過地表鑽孔將化學反應劑注入礦帶，通過化學反應選擇性地溶解礦石中的有用成分--鈾，並將浸出液提取出地表，而不使礦石繞圍岩產生位移。這種采鈾方法與常規採礦相比，生產成本低，勞動強度小，但其套用有一定的局限性，只適用於具有一定地質、水文地質條件的礦床。

鈾提取工藝

鈾提取工藝的基本任務是將開採出來的礦廠加工富集成含鈾是較高的中間產品，通常稱為鈾化學濃縮物，經過進一步強化，加工成鈾氧化物作為下一步工序的原料。

常規的鈾提取工藝一段包括，礦石品位、磨礦、礦石浸出，母液分離、溶液純化、沉澱等工序。

礦廠開採出來後，經過破碎磨細，使鈾礦物充分暴露，以便於浸出，然後在一定的工藝條件下，藉助一些化學試劑（即浸出劑）與其它手段將礦廠中有價值的組分選擇性地溶解出來。有兩種浸出方法，即酸法和鹼法。

浸出液中，不僅鈾含量低，而且雜質種類多，含量高，必須將這些雜質去除才能達到核電要求。這一步溶液純化過程，有兩種方法可供選擇，離子交換法（又稱吸附法）和溶劑萃取法。沉澱出鈾化學濃縮物的工藝過程是水冶生產的最後一道工序。沉澱物經洗滌、壓濾、乾燥後即得到水冶產品鈾化學濃縮物，又稱黃餅。

濃縮鈾生產技術

以同位素分離為目的，提高鈾-235濃度的處理即為濃縮。通過濃縮獲得滿足某些反應堆所要求的鈾-235豐度的鈾燃料。現代工業上採用的濃縮方法是氣體擴散法和離心分離法。濃縮處理是以六氟化鈾形式進行的。此外，還有雷射法、噴嘴法、電磁分離法、化學分離法等。對鈾同位素進行分離，使鈾-235富集。分離後餘下的尾料，即含鈾-235約0.3%的貧化鈾可作為貧鈾彈的材料等。

後處理

輻照過的燃料元件從堆內卸出時，無論是否達到設計的燃耗深度，總是含有一定量裂變燃料（包括未分裂和新生的）。回收這些寶貴的裂變燃料（鈾-235，鈾-233和鈽）以便再製造成新的燃料元件或用做核武器裝料，是後處理的主要目的。此外，所產生的超鈾元素以及可用作射線源的某些放射性裂變產物（如銫-137，鍶-90等）的提取，也有很大的科學和經濟價值。乏燃料後處理具有放射性強，毒性大，有發生臨界事故的危險等特點，因而必須採取嚴格的安全防護措施。

放射性廢物處理

在核工業生產和核科學研究過程中，會產生一些具有不同程度放射性的固態、液態和氣態的廢物，簡稱為“三廢”。在放射性廢物中，放射性物質的含量很低，但帶來的危害較大。由於放射性不受外界條件（如物理、化學、生物方法）的影響，在放射性廢物處理過程中，除了靠放射性物質的衰變使其放射性衰減外，無非是將放射性物質從廢物中分離出來，使濃集放射性物質的廢物體積儘量減小，並改變其存在的狀態，以達安全處置的目的。對“三廢”區別不同情況，採取多級淨化、去污、壓縮減容、焚燒、固化等措施處理、處置。這個過程稱為“三廢”處理與處置。例如，對放射性廢液，根據其放射性水平區分為低、中、高放廢液，可採用淨化處理、水泥固化或瀝青固化、玻璃固化。固化後存放到專用處置場或放入深地層處置庫內處置，使其與生物圈隔離。