《核燃料循环》PPT课件

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。

核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧后的处理的整个过程。

这个名称反映了核燃料在反应堆中只能烧到一定程度就必须卸出并换上新燃料这个特点。

乏燃料（即烧过的燃料）中的铀和钚可以分离出来并返回反应堆，作为燃料循环使用，形成核燃料的循环。

核燃料循环（nuclear fuel cycle），为核动力反应堆供应燃料和其后的所有处理和处置过程的各个阶段。

它包括铀的采矿，加工提纯，化学转化，同位素浓缩，燃料元件制造，元件在反应堆中使用，核燃料后处理，废物处理和处置等。

核燃料循环有3种主要型式：①一次通过。

使用过的燃料元件不进行后处理，而直接作为废物加以处置。

②热中子堆中再循环。

使用过的燃料元件经后处理回收其中未用完的铀和新产生的钚，返回重新制造元件，循环使用。

③快中子增殖堆中再循环。

快中子增殖堆燃料由钚和贫化铀构成。

使用过后，经后处理回收其中铀和钚，返回循环使用。

在这种反应堆中由铀238吸收中子生成的钚比由于裂变而消耗掉的钚还要多，因此可以实现核燃料（钚）的增殖。

另一种不常用的核燃料是钍，它来自自然界的钍矿。

钍232在反应堆中吸收中子后可转化为另外一种核燃料铀233。

因此，由铀233和钍结合使用也构成核燃料循环。

核燃料循环以反应堆为中心，划分为堆前部分（前段）和堆后部分（后段）。

前段指核燃料在入堆前的制备，包括铀矿的开采、铀矿石的加工精制（即前处理）、铀的转化、铀的浓缩和燃料元件制造等过程。

后段指从反应堆卸出的乏燃料的处理，包括乏燃料的中间储存，乏燃料中铀、钚和裂变产物的分离（即核燃料后处理），以及放射性废物处理和放射性废物最终处置等过程。

如果将后处理回收的核燃料在热中子堆（热堆）或在快中子堆（快堆）中循环，称为"闭式燃料”循环。

如果乏燃料不进行后处理而直接处置，则称为“一次通过”循环。

前段核燃料在反应堆中使用之前的工业过程称为核燃料循环前段核燃料循环从开采铀资源开始。

开采出来的铀矿石经过精选，送到前处理厂制成八氧化三铀。

核燃料循环核燃料以反应堆为中心循环使用。

（一）铀的开采、冶炼、精制及转化：铀是比较分散的元素。

世界上重要的产铀国家有：加拿大、美国、独联体、澳大利亚、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。

但是可提供一定铀产量的铀矿石的含铀量的品位较低（10-4～10-2），掘出的含铀矿石必须经过复杂的化学富集，才能得到可作粗加工的原料。

过去开采铀矿石都采用传统的掘进方式（耗能大、成本高、生产周期长，还有运输、尾矿等问题）。

近来根据铀矿石性质的多样性，又开发了地表堆浸、井下堆浸以及原地浸取等方式。

我国的铀矿石属低品位等级，一般在千分之一含量就要开采，成本较高。

为了降低成本，充分利用低品位矿石，80年代以来就积极开发堆浸、地浸技术，现已投产。

例如地表堆浸，处理品位为8×10-4的沙岩矿，成本降低 40％。

原地浸取工程也已经开工。

原地浸取采矿的优点是：成本低（投资只有掘进的1／2）、工艺简单、节约能源（省去了磨碎、运输等工序，可节约能源 60％）、节约劳动力、减轻劳动强度（节约劳动力数十倍，工人进行流体物操作，劳动条件大为改善）、矿山建设周期短、可以充分利用低品位铀资源。

因此受到重视而被称为铀矿冶技术上的一场革命。

浸取液经过离子交换、萃取以富集铀，再经过酸性条件下沉淀（与硷金属及碱土金属分离）和碱性条件下溶解（与过渡元素分离）以进一步净化铀，最后得到铀的精炼物。

将此精炼物进一步纯化，并将铀转化成低沸点的UF6（升华温度：1大气压下56℃；0.13大气压下25℃），即可用作浓缩235U同位素的原料。

（二）235U同位素的浓缩：235U是唯一天然存在的易裂变核素。

不同设计的反应堆需要不同浓缩度的铀（如：压水堆——当前核电站应用最多的堆型——需要2～3％；游泳池堆需要10%；快堆需要25％；高通量材料试验堆需要90%）。

而核弹则需要更高的浓缩度。

因此生产浓缩铀是核工业中十分重要的环节。

同一元素的同位素化学性质相同，只在质量上有所差别。

核燃料循环核燃料循环是指将用过的核燃料从核反应堆中取出，并将其进行处理、再加工后再次使用的过程。

这种循环方式被广泛认为是核能发电领域的未来发展方向之一。

本文将介绍核燃料循环的基本原理、优势以及当前存在的挑战。

基本原理核燃料循环的基本原理是通过提取、处理和再加工用过的核燃料中的可再利用的核素，然后将其重新注入核反应堆中进行再次使用。

这一过程主要包含以下几个步骤：1. 取出用过的核燃料核反应堆中的用过的核燃料通常被称为高放废物，其中包含了一定比例的放射性核素。

这些核燃料在取出之前需要经过一定的冷却时间，以降低辐射水平。

2. 提取可再利用的核素用过的核燃料中还包含有尚未完全消耗的核素，例如铀、钚等。

通过核燃料提取工厂，可以提取出这些可再利用的核素，用于再次注入核反应堆使用。

3. 再加工和制备新燃料提取出的核素需要经过再加工处理，以满足核反应堆再次使用的要求。

这一步骤主要包括浓缩、再纯化、制备新燃料等过程。

4. 再次使用核燃料经过再加工和制备的新燃料可以再次注入核反应堆中使用，以继续产生能量。

这样就形成了一个循环，将用过的核燃料进行处理后再次使用，提高了燃料利用效率。

优势相比于传统的核燃料单次使用模式，核燃料循环具有一些明显的优势。

1. 提高燃料利用效率核燃料循环可以利用核燃料中尚未完全消耗的核素，提高了燃料的利用效率。

这样一方面可以减少核燃料的需求量，延长燃料资源的使用寿命，另一方面也减少了产生的核废料的数量。

2. 减少核废料的产生通过核燃料循环，可以对用过的核燃料进行处理和再加工，提取出可再利用的核素。

这样可以减少放射性核废料的产生，降低对环境的影响。

3. 改善核安全性核燃料循环对核反应堆中的燃料进行了处理和再加工，将燃料中的放射性核素从高浓度中提取出来，使其浓度下降。

这样可以降低燃料的放射性，减少核事故的风险。

4. 资源利用的可持续性核燃料循环使核燃料的利用更为高效，延长了燃料资源的使用寿命。

这对于实现能源可持续发展具有重要意义。