核燃料化学工艺学

核燃料后处理工学
核燃料后处理工学是研究用于处理和处理核燃料后产生的放射性废料的学科。

它涉及从核反应堆中提取并处理已使用的核燃料，以及处理和分离放射性废料，以减少对环境和人类健康的影响。

核燃料后处理工程的目标是：
1. 提高核燃料的利用率：通过对已使用核燃料进行处理和再利用，可以提高核燃料的利用率，延长其寿命，并减少新鲜核燃料的需求。

2. 处理放射性废料：对核燃料后处理过程产生的放射性废料进行处理和减量，确保安全处理和最小化对环境的影响。

3. 回收优质物质：核燃料后处理过程中，可以回收包括铀、镎、钍等在内的优质核材料，减少资源的浪费。

核燃料后处理工程涉及的主要技术包括萃取、溶剂萃取、精细分离、裂变产物处理、铀和钍处理等。

这些技术需要综合利用化学、物理、材料等知识，确保处理过程的安全性和高效性，同时遵循辐射安全和环境保护的原则。

核燃料化学⼯艺学资料核燃料化学⼯艺学第⼀章1、裂变、聚变、可转换材料定义和种类裂变材料：含有易裂变核素，放在反应堆内能使⾃持核裂变链式反应得以实现的材料钍233，铀235，钚239、钚241聚变材料：氢2、氢3可转换材料：俘获中⼦后能直接或间接地转变为易裂变核素的核素。

钍232，铀234、铀238，钚2402、核燃料循环的主要过程采矿—冶炼—转化—浓缩—转化—元件—反应堆—后处理核燃料循环过程包括：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。

核燃料循环前端：铀的提取、铀的纯化与转化、铀同位素浓缩、核燃料元件制造核燃料循环使⽤端：反应堆燃烧核燃料循环后端：核燃料后处理、核废物处理处置3、铀循环原理及⽰意图核燃料循环按核燃料性质可分为铀系燃料的铀-钚循环⽅式和钍系燃料的钍-铀循环⽅式。

铀-钚循环⽅式：包括热中⼦堆铀-钚循环和快中⼦增殖堆铀-钚循。

热中⼦堆铀-钚循环原理：以235U作为易裂变燃料、以238U作为转换原料、⽣成239Pu 的燃料循环，称为铀-钚循环。

热中⼦堆铀-钚循环通常以低富集铀（3-5%）为燃料。

快中⼦增殖堆铀-钚循环原理：快堆以239Pu为燃料，并装载占天然铀99%以上的238U，在堆中238U转化成为239Pu的量⼤于烧掉的239Pu的量，并通过后处理把钚分离出来，作为快堆燃料的循环使⽤。

钍循环⽰意图原理：以235U（或233U）作为易裂变燃料、以232Th作为转换原料、⽣成233U的燃料循环，称为钍-铀循环。

在热中⼦堆中把232Th转化为另外⼀种核燃料233U，通过后处理把233U分离出来返回堆中循环使⽤。

⽰意图第⼆章1、裂变、聚变原理核裂变是⼀个原⼦核分裂成⼏个原⼦核的变化。

只有⼀些质量⾮常⼤的原⼦核像铀、钍等，这些原⼦核在吸收⼀个中⼦后分裂成两个或更多个质量较⼩的原⼦核，同时放出⼆个到三个中⼦和很⼤的能量。

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。

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。

清华大学工程物理系课程介绍课程号：00320012课程名：世界能源的困境与出路Seek Ways to Solve Energy Crisis学时：32 学分：2 开课院系：工物系开课教师：贾宝山从利用薪炭燃料跨入到利用化石燃料，导致了人类发展史上的第一次工业革命。

人类精神文明和物质文明的推进对能源需求的高速增长，石油、煤、天然气等不可再生化石燃料的快速消耗及显现出的能源短缺，地球上以争夺石油等资源未背景所发生的战争，向人类敲响了必须从根本上解决能源供应问题的警钟。

什么是化石燃料的可替代能源？水能、太阳能、核能、风能、地热能、潮汐能、波浪能、海水温差等，哪个是人类能源供应的顶梁柱？人类能否一劳永逸地解决能源供应地问题？这些将作为新生研讨课地主义内容。

课程说明及先修课要求：新生研讨课课程号：00320021课程名：等离子体技术及应用Plasma Technology and Applications学时：16 学分：1 开课院系：工物系开课教师：包成玉李和平等离子体的研究在科学研究领域是一个十分活跃的领域，有着广泛的应用。

课程共分8章。

第一章，概论，内容包括等离子体的基本概念，等离子体的特性，等离子体的分类，等离子体的产生方法和等离子体的主要应用领域简介。

本章由教师主讲。

其余7章均为等离子体应用专题，由学生主讲。

第二章，等离子体在能源科学中的应用（包括磁约束和惯性约束核聚变）；第三章，等离子体在消毒灭菌中的应用；第四章，等离子体在环境治理中的应用（包括汽车和工厂排放的尾气治理，核废料处理）；第五章，等离子体在微纳米材料合成中的应用（包括生物相容性材料和储能材料）；第六章，等离子体在材料表面处理（包括喷涂、表面改性）中的应用。

第七章，等离子体在微电子工业中的应用及等离子体显示技术；第八章，航空航天领域中的等离子体推进技术。

课程号：00320032课程名：等离子体、激光与电子束Plasma,Laser and E-beam学时：32 学分：2 开课院系：工物系开课教师：蒲以康唐传祥该课程以讨论国内外相关领域前沿进展为主线，采用深入浅出的方式讲述相关物理基本概念和基本试验手段。

核燃料化学工艺学课后答案
一、为了降低烃分压，通常加入稀释剂，试分析稀释剂加入量确定的原则是什么？
1、裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂和裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷；
2、水蒸气热容量大，是系统有较大热惯性，当操作供热不平衡时，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热；
3、抑制裂解原料所含硫对镍铬炉管的腐蚀；
4、脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体和生碳反应。

二、裂解气预分馏的目的和任务是什么？
1、经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度从而保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩的功耗；
2、尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的负荷；
3、将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，减少污水的排放用以再发生稀释蒸汽；
4、继续回收裂解气低能位热量。

铀钚燃料循环的工艺过程
铀钚燃料循环是一种核燃料循环过程，旨在利用铀和钚作为核燃料来发电。

以下是铀钚燃料循环的工艺过程：
1.采矿：从地壳中开采铀矿石，通常为铀化合物。

2.铀矿石加工：将铀矿石进行破碎、浸出等处理，将铀从矿石中提取出来。

3.浓缩和制取铀：提取出的铀需要进一步经过化学处理，使其浓缩到一定程度，可以作为核燃料使用。

4.制取钚：一部分铀可以通过铀-钚循环进一步加工制取钚。

在短暂的中子辐照下，铀-238核素会转化为钚-239核素。

5.燃料元件制造：将浓缩和制取得到的铀和钚制成燃料元件，通常是金属或氧化物形式。

6.核反应：将燃料元件装入核反应堆中，通过核裂变和核反应链引发核反应，产生热能。

7.热能转化：核反应释放的热能被转化为蒸汽，用于驱动涡轮发电机。

8.燃料处理：核反应堆中的燃料元件使用一段时间后，会产生放射性废料和去耦燃料元件。

这些燃料需要进行处理，包括废料处理和燃料再处理。

9.废料处理：处理和贮存废料，以最大程度上减少对环境的影响。

10.燃料再处理：将废料中的可再处理核素重新提取出来，减少核燃料的浪费，并进行燃料循环。

11.燃料再利用：将再处理得到的可再处理核素和新的铀或钚混合使用，制造新的燃料元件，进一步利用核燃料。

铀钚燃料循环的工艺过程可以提高核燃料的利用效率，降低放射性废料产生，并减少对自然铀矿石的依赖。

然而，钚的生产和再处理都具有核扩散风险和安全风险，因此需要严格监管和控制。