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第四章反应堆结构与核燃料反应堆是核电站中的热源，其内部装有可以进行可控链式核反应的核燃料，源源不断地释放出能量。
核反应产生的热能通过载热剂传给汽轮机作功，汽轮机带动发电机，产生的电能被输送到电网。
反应堆由堆芯、压力容器、上部堆内构件和下部堆内构件等几部分组成。
反应堆安置在反应堆厂房（也称为安全壳）的正中，它的六条进出口接管管嘴支撑在作为一次屏蔽的混凝土坑（即堆坑）内，而堆坑位于一个大约10米深的反应堆换料水池的底部。
参见图4.1。
图4.1 反应堆位置- 35 -- 36 -图4.2 反应堆剖面图- 37 -图4.2是压水堆的结构简图，它可分为以下四部分：● 反应堆堆芯● 堆内构件● 反应堆压力容器和顶盖● 控制棒驱动机构4.1 反应堆堆芯4.1.1 堆芯布置核反应堆的堆芯位于压力容器中心，由157个几何形状及机械结构完全相同的燃料组件构成，核反应区高3.65m ，等效直径3.04m 。
燃料核裂变释放出来的核能立即转变成热能，并由冷却剂导出。
在典型的燃料管理方案中，初始堆芯按燃料组件浓缩度分成三个区。
所谓燃料浓缩度也称富集度或丰度，是指燃料中235U 同位素在铀的总量中所占比例。
在堆芯外区放置浓缩度高的燃料组件，浓缩度较低的燃料组件则以棋盘状排列在堆芯的内区，如图4.3所示。
通常每年进行一次换料，更换约三分之一燃料组件，称为一个燃料循环。
换料原则是将燃耗最深的燃料组件取走，在外区加入新燃料组件，而其余组件在堆芯中央重新布置，使功率分布尽可能均匀。
在第六循环之前新加入燃料的浓缩度均为3.25％。
为满足不断增长的发电需求，从第七循环开始新换燃料的富集度改为3.7% 。
按照规划，今后还将采用长燃耗循环，即18个月换料方式，届时新换燃料的富集度将提高到4.45% 。
图4.3 堆芯分区布置（第一循环）- 38 -4.1.2 燃料组件大亚湾核电站目前所用的AFA-2G 型燃料组件由骨架和燃料棒组成，呈17×17正方形栅格排列，总共有289个栅格，其中264个装有燃料棒。
核燃料循环原理1．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。
2．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。
3．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。
第一章1-1.核燃料的内涵是什么,核燃料循环这一概念是如何形成的?1-2.核燃料后处理的任务及其产品形式是什么?1-3.简述核燃料后处理厂的特点.1-4.核燃料后处理工艺的发展简史给你什么启发?1-5.简述轻水堆铀燃料循环的主要工艺过程.第二章2-1.理解、记忆铀、钚、次锕系元素的重要化学性质。
2-2.理解、记忆裂变碎片元素的重要化学性质。
2-3.理解并会应用描述磷酸三丁酯萃取铀钚效果的三个概念：分配系数、分离系数、净化系数。
2-4.理解、记忆影响磷酸三丁酯萃取铀、钚的因素。
2-5.了解磷酸三丁酯对裂片元素的萃取性能。
2-6.理解磷酸三丁酯及稀释剂化学分解和辐射降解的过程，降解产物的种类及其对Purex工艺的影响。
2-7.理解多级逆流萃取-洗涤过程及其定量描述方法。
第三章3-1.简述不同类型反应堆乏燃料元件对后处理工艺的影响。
3-2.理解并记忆核燃料后处理工艺原理流程框图。
3-3.简述世界各国应用Purex工艺流程概况。
3-4.乏燃料元件运输过程中要考虑哪些问题？3-5.简述快中子增殖堆乏燃料后处理的基本步骤。
3-6.乏燃料组件放置（冷却）贮存的目的是什么？第四章4-1.水法核燃料后处理工艺的首段处理包括哪些步骤？4-2.乏燃料元件的脱壳方法有哪几种？简述各种脱壳方法的优缺点及其实用性。
4-3.理解、掌握乏燃料芯体溶解反应、溶解过程及操作要点。
4-4. 1AF料液制备中要考虑哪些问题？4-5.试比较生产堆、动力堆和其他堆型乏燃料首段处理的特点和工艺要求。
4-6.可以采取哪些措施来降低溶芯过程的酸耗？第五章5-1.为什么说，确保共去污-分离循环的安全稳定运行是后处理厂的关键环节之一？5-2.理解、记忆铀钚共去污-分离工艺过程；5-3.简述几种还原钚（Ⅳ）实现铀钚分离的方法，针对这些方法的优缺点，你能提出什么新创意？5-4.你能对1A槽（柱）和1B槽（柱）的运行提出什么建议吗？5-5.循环经济在铀钚共去污-分离循环流程中有哪些体现？第六章6-1.理解、记忆制定钚的萃取净化循环流程时各参数的依据。
核燃料循环第一章核燃料循环第二章核燃料循环前段第三章燃料在反应堆内的辐照第四章锕系元素及裂变产物元素过程化学第五章核燃料后处理第六章先进燃料循环第一章核燃料循环几千年来人类一直在为扩大能源、提高自己驾驱自然界的能力而奋斗。
在掌握原子能以前，人类利用的几乎一切能源，只涉及分子或原子的重新组合，不涉及原子核内部结构的变化。
人类到20世纪初才逐步认识原子核。
人为地促使原子核内部结构发生变化，释放出其中蕴藏的巨大能量并加以利用，是20世纪40年代才实现的，这就是原子能工业的开端。
当核能进入人们的生产和生活后，一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。
就全球范围来说，能源是维持人类生存和发展的必要条件。
特别是对于发展中国家，要提高人民的生活水平，除了国内外的和平环境外，教育、卫生、农业的发展和工业化的实现，均有赖于足够的能源供应，尤其是电力供应。
表各国人均一次能源消耗(2003年，单位: 人均吨当量油)当前，世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料，化石燃料不是可再生能源，用掉一点儿就少一点儿。
燃烧化石燃料向大气排放大量的‚温室气体‛二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物，并排放大量的烟尘，这些有害的物质对环境造成了严重的破坏。
核能不产生这些有害物质。
1987年，世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了‚可持续发展‛的概念。
为了实现可持续发展，人类迫切地需要新的替代能源。
在开发新型能源时，人们往往首先想到除水力资源外的可再生能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能等等。
但是这些可再生能源的能量过于分散、间断性，难以收集，因受多种条件限制，只能在一定条件下有限的开发，很难大量利用，估计每种能源在总能源利用中很难超过1％。
尽管太阳能是一种清洁的、可再生能源，但由于它的能流密度太低，在单位面积上得到的能量很小，一座1000MW的太阳能电站，为吸取太阳能的地面面积大约是108m2，要把这样大面积的太阳能收取和集中到发电站来所需的技术措施和经济代价都是难以接受的。
一、核燃料（nuclear fuel）可在核反应堆中通过核裂变或核聚变产生实用核能的材料。
重核的裂变和轻核的聚变是获得实用铀棒核能的两种主要方式。
铀235、铀233和钚239是能发生核裂变的核燃料，又称裂变核燃料。
其中铀235存在于自然界，而铀233、钚239则是钍232和铀238吸收中子后分别形成的人工核素。
从广义上说，钍232和铀238也是核燃料。
氘和氚是能发生核聚变的核燃料，又称聚变核燃料。
氘存在于自然界，氚是锂6吸收中子后形成的人工核素。
核燃料在核反应堆中“燃烧”时产生的能量远大于化石燃料，1千克铀235完全裂变时产生的能量约相当于2500吨煤。
已经大量建造的核反应堆使用的是裂变核燃料铀235 和钚239，很少使用铀233。
至今由于还未有建成使用聚变核燃料的反应堆，因此通常说到核燃料时指的是裂变核燃料。
由于核反应堆运行特性和安全上的要求，核燃料在核反应堆中“燃烧”不允许像化石燃料一样一次烧尽。
为了回收和重新利用就必须进行后处理。
核燃料后处理是一个复杂的化学分离纯化过程，曾经研究过各种水法过程和干法过程。
目前各国普遍使用的是以磷酸三丁酯为萃取剂的萃取法过程，即所谓的普雷克斯流程。
核燃料后处理过程与一般的水法冶金过程之最大差别是它具有很强的放射性和存在发生核临界的危险。
因此，必须将设备置于有厚的重混凝土防护墙的设备室中并实行远距离操作以及采取防止核临界的措施。
所产生的各种放射性废物要严加管理和妥善处置以确保环境安全。
实行核燃料后处理，可更充分、合理地使用已有的铀资源。
核燃料-类型核燃料包含易裂变核素、在核反应堆内可以实现自持核裂变链式反应的材料。
核燃料在反应堆内使用时，应满足以下的要求：①与包壳材料相容，与冷却剂无强烈的化学作用；②具有较高的熔点和热导率；③辐照稳定性好；④制造容易，再处理简单。
根据不同的堆型，可以选用不同类型的核燃料：金属（包括合金）燃料，陶瓷燃料，弥散体燃料和流体（液态）燃料等（见表）。
核燃料概述核燃料是一种被用作核反应堆中主要燃料的物质。
它通过核裂变或核聚变反应释放能量。
核燃料可以通过不同类型的原子核反应产生热能，并用于发电、军事用途或其他核技术应用。
核裂变燃料核裂变燃料是目前使用最广泛的核燃料类型之一。
核裂变是指原子核分裂成两个或更多的碎片核的过程，并释放出大量能量。
常见的核裂变燃料是铀-235和钚-239。
铀-235是最常见的核裂变燃料。
它可以通过浓缩铀提取和加工得到，浓缩铀是从天然铀中更高含量的铀-235分离出来的产物。
铀-235的裂变链式反应会释放出能量，并产生额外的中子，这些中子可继续引发其他铀-235原子的裂变。
钚-239也是一种常见的裂变燃料，它在核反应堆中通常通过对钚-238进行中子轰击而产生。
钚-239可以通过从经过辐照后的铀-238中提取和加工得到。
钚-239的裂变产生的中子可以引发其他核反应，从而维持裂变链式反应。
核聚变燃料核聚变燃料是另一种常见的核燃料类型。
核聚变是指两个轻核聚合成一个较重的核的过程，释放出巨大的能量。
聚变燃料通常包括氘（重氢的同位素）和氚。
聚变反应通常需要非常高的温度和压力条件，以克服原子核的相互斥力。
聚变燃料的常见来源是水，其中含有氢原子，可以提供氘和氚。
在核聚变反应堆中，通过加热和压缩氢等离子体，使其达到聚变温度，从而引发核聚变反应。
工业应用核燃料主要用于核发电站，这是一种利用核燃料产生高温蒸汽以驱动涡轮发电机的方法。
核发电常用的燃料是铀-235，它在核反应堆中经过连续裂变反应产生热能，该热能进一步转化为电能。
核能发电是一种清洁、高效的能源形式，目前在全球范围内被广泛使用。
除了应用于能源领域，核燃料还有其他许多应用。
医学领域利用放射性同位素的辐射特性进行放射性治疗和影像学检查。
此外，核燃料也可以用于航天器和潜艇的动力系统，提供持久的动力供应。
安全和环境影响核燃料的使用与许多安全和环境问题相关。
首先，核燃料的制备和处理过程会产生放射性废物。
核燃料循环简介核燃料循环是指将核燃料在核电站中经历一系列的处理和利用过程，以最大限度地利用核燃料资源和减少放射性废物的产生。
核燃料循环通过将已燃用核燃料中的可重复利用的核素回收并再利用，同时将不能再利用的部分进行妥善处理，实现了核能资源的可持续开发利用。
步骤核燃料循环包括以下几个主要步骤：1. 燃料制备核燃料循环的第一步是燃料制备，即将天然铀或过氢化铀等原材料加工成核燃料。
通常情况下，核燃料是以铀氧化物（UO2）的形式存在的，它具有较好的化学稳定性和机械强度。
2. 核燃料使用核燃料使用是指将核燃料装载到核反应堆中进行核裂变或核聚变反应，产生热能以及额外的中子。
在核裂变反应中，核燃料中的铀核经过中子轰击后裂变成两个较小的核，并释放出大量的热能和中子。
核燃料使用过程中，除了热能的产生外，还会产生一些放射性废物。
3. 燃料后处理燃料后处理是核燃料循环的关键步骤之一。
在燃料后处理过程中，燃料中的可重复利用的核素如铀和钚等被提取出来，用于制备新的核燃料。
同时，无法再利用的部分被分离并进行适当的储存和处理，以减少放射性废物的危害。
4. 放射性废物处理与储存放射性废物处理与储存是核燃料循环的另一个重要步骤。
在燃料后处理过程中，产生的不能再利用的核燃料残渣以及其他放射性废物需要进行妥善的处理和储存。
目前，常用的方法包括深地贮存和转运至长期储存设施等。
5. 核燃料再处理核燃料再处理是核燃料循环的最后一步，也是最具挑战性的一步。
在核燃料再处理中，将已使用过的核燃料中的残留可重复利用的核素进行提取和分离，用于制备新的核燃料。
这一步骤的实施需要复杂而昂贵的设备和技术支持。
优势和挑战优势核燃料循环的主要优势包括：•最大限度地利用核燃料资源，减少对天然铀等原材料的需求；•降低核燃料的耗尽速度，延长核能资源的利用寿命；•减少放射性废物的产生，并能够转化部分废物为可重复利用的核素；•降低核电站运行成本，提高经济效益。
挑战核燃料循环面临的主要挑战包括：•高度安全性要求：核燃料循环过程中需要严格控制和管理放射性物质，确保安全运行和环境保护；•技术难题：核燃料循环的各个步骤都依赖于复杂的化学和物理过程，需要高度专业的技术支持；•资源和经济因素：核燃料循环需要大量的资金和资源投入，同时还需要解决与废物处理和储存相关的经济问题。
