燃耗

反應堆運行過程中核燃料的消耗程度，消耗掉的燃料數量。燃耗達到一定限度後，燃料元件應該更換，否則元件將破壞或者反應堆的反應性因裂變產生的中子毒物不能維持反應堆的正常運行。

基本介紹

• 中文名：燃耗
• 外文名：burnup

簡介

核燃料燃耗的簡稱。對反應堆中核燃料消耗的度量。燃耗越深，核燃料就利用得越充分。但由於核燃料元件在反應堆運行過程中受到輻射和腐蝕損傷，核燃料裂變產生的、能強烈吸收中子的裂變產物（如氙135、釤149等）不斷積累等原因使鏈式反應難於維持，燃耗不能無限地加深。當燃耗達到一定限度時，就必須更換核燃料元件，以免元件破損並保證反應堆維持正常的鏈式反應。

表示方法

核燃料的燃耗有三種表示方法:①裂變百分數,即已發生裂變的核燃料核數占原始核燃料核數的百分數；②貧化百分數，即已發生核反應（通常是裂變反應和俘獲反應）的核燃料核數占原始核燃料核數的百分數；③單位重量原始核燃料所產生的能量(兆瓦·日/噸)。由於原始核燃料是各種重核素的混合物（如鈾235－鈾238－鈾234、鈾238－鈽239－鈾235、鈾233－釷232等），通常以質量數不小於 232的重核素的量作為原始核燃料的量。核燃料燃耗的測定採用破壞法或無損法。

測量

破壞法

將乏燃料元件進行切割和化學方法處理，使它完全溶解。再對所得溶解樣品中的核燃料和裂變產物進行定量分析和同位素分析，便可計算燃耗。

① 採用測到的乏燃料中核燃料(質量數不小於232的重核素)的核數及某一選定的裂變產物(該裂變產物稱為裂變產物監測體)的核數,便可按下式計算裂變百分數：式中P為裂變產物監測體的核數；Y為該監測體的裂變產額；Μ為乏燃料中核燃料的核數。

計算裂變百分數

② 採用測到的同一核燃料樣品中可裂變核素在輻照前後數量的變化，可得貧化百分數。以鈾作核燃料為例，設鈾238變化甚微可以忽略不計,可按下式計算貧化百分數：式中235N0、235Nr分別為輻照前後同一樣品中鈾235的核數；N0為原始核燃料鈾元素的總核數。 　每噸重元素全部裂變放出的熱能為106兆瓦·日。所以每噸原始燃料所產生的能量等於裂變百分數×106 兆瓦·日。對於貧化百分數則要扣除對能量無貢獻的核反應所消耗的核燃料,如對於鈾235，要扣除占總貧化份額約1/7的235U(n，γ)236U俘獲反應所消耗的鈾235,餘下的起核裂變反應的只有約0.86；所以每噸原始燃料所產生的能量等於貧化百分數×8.6×105兆瓦·日。

計算貧化百分數

破壞法測定燃耗常採用的方法有：共沉澱、溶劑萃取、離子交換、蒸餾等化學分離方法，射線的絕對測量和能譜測量,質譜、分光光度、X射線螢光等物理和物理化學分析方法。

無損法

不破壞核燃料元件就進行燃耗測定，可以快速地測量大量樣品和燃料元件中燃耗的分布情況。

採用的方法有：測定易裂變核素或所選定的裂變產物的γ放射性，測定易裂變核素的自發裂變中子，在中子激活下測定易裂變核素裂變時的瞬發中子和緩發中子，測定輻照核燃料元件的β、γ放射性產生的熱量等。

無損分析測定的誤差較大，但隨著探測技術的發展，其測量精度正在不斷提高。

意義

測定核燃料的燃耗，在核動力的工業套用和核燃料的轉換方面都具有重要意義。由於核燃料元件的製造費用昂貴，加深燃耗可以減少燃料元件的更換頻率，從而降低發電成本。實際測定燃耗深度有助於確定最佳的核燃料利用方案。對於轉換生成的核燃料（鈽239、鈾233等）在運行過程中的積累量，燃耗值也是一項定量指標，因此它對核燃料的總循環平衡計算也是重要的依據之一。在生產堆中，燃耗深度是控制核武器用鈽質量的重要依據。測定燃耗值與核燃料中各種核素的數量、放射性和釋熱量的關係，對於核燃料後處理廠的設計和正常生產運行也很有意義。