核燃料循環(huán)及其組成

核燃料循環(huán)是核工業(yè)體系中的重要組成部分。所謂核燃料循環(huán)是指核燃料的獲得、使用、處理、回收利用的全過(guò)程。

燃料循環(huán)通常分成兩大部分，即前端和后端，它包括鈾礦開(kāi)采、礦石加工（選礦、浸出、沉淀等多種工序）、鈾的提取、精制、轉(zhuǎn)換、濃縮、元件制造等；后端包括對(duì)反應(yīng)堆輻照以后的乏燃料元件進(jìn)行鈾钚分離的后處理以及對(duì)放射性廢物處理、貯存和處置。

反應(yīng)堆用的燃料元件

經(jīng)過(guò)提純或同位素分離后的鈾，還不能直接用作核燃料，還要經(jīng)過(guò)化學(xué)，物理、機(jī)械加工等復(fù)雜而又嚴(yán)格的過(guò)程，制成形狀和品質(zhì)各異的元件 ，才能供各種反應(yīng)堆作為燃料來(lái)使用。這是保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按組分特征，可分為金屬型、陶瓷型和彌散型三種；按幾何形狀分，有柱狀、棒狀、環(huán)狀、板狀、條狀、球狀、棱柱狀元件；按反應(yīng)堆分，有試驗(yàn)堆元件，生產(chǎn)堆元件，動(dòng)力堆元件（包括核電站用的核燃料組件）。

核燃料元件種類繁多，一般都由芯體和包殼組成。

核燃料元件在核反應(yīng)堆中的工作狀況十分惡劣，長(zhǎng)期處于強(qiáng)輻射、高溫、高流速甚至高壓的環(huán)境中，因此，芯體要有優(yōu)良的綜合性能。對(duì)包殼材料還要求有較小的熱中子吸收截面（快堆除外），在使用壽期內(nèi)，不能破損。因此，核燃料元件制造是一種高科技含量的技術(shù)。

乏燃料的后處理

輻照過(guò)的燃料元件從堆內(nèi)卸出時(shí)，無(wú)論是否達(dá)到設(shè)計(jì)的燃耗深度，總是含有一定量裂變?nèi)剂希òㄎ捶至押托律模??；厥者@些寶貴的裂變?nèi)剂希ㄢ?235，鈾-233和钚）以便再制造成新的燃料元件或用做核武器裝料，是后處理的主要目的。此外，所產(chǎn)生的超鈾元素以及可用作射線源的某些放射性裂變產(chǎn)物（如銫-137，鍶-90等）的提取，也有很大的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

乏燃料后處理具有放射性強(qiáng)，毒性大，有發(fā)生臨界事故的危險(xiǎn)等特點(diǎn)，因而必須采取嚴(yán)格的安全防護(hù)措施。

后處理工藝可分下列幾個(gè)步驟：

（1）冷卻與首端處理：冷卻將乏燃料組件解體，脫除元件包殼，溶解燃料芯塊等。

（2）化學(xué)分離：即凈化與去污過(guò)程，將裂變產(chǎn)物從Ｕ-Pu中清除出去,然后用溶劑淬取法將鈾-钚分離并分別以硝酸鈾酰和硝酸钚溶液形式提取出來(lái)。

（3）通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化還原出鈾和钚。

（4）通過(guò)凈化分別制成金屬鈾（或二氧化鈾）及钚（或二氧化钚)。

放射性廢物處理與處置

在核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些具有不同程度放射性的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的廢物，簡(jiǎn)稱為“三廢”。在放射性廢物中，放射性物質(zhì)的含量很低，但帶來(lái)的危害較大。由于放射性不受外界條件（如物理、化學(xué)、生物方法）的影響，在放射性廢物處理過(guò)程中，除了靠放射性物質(zhì)的衰變使其放射性衰減外，還須將放射性物質(zhì)從廢物中分離出來(lái)，使?jié)饧派湫晕镔|(zhì)的廢物體積盡量減小，并改變其存在的狀態(tài)，以達(dá)安全處置的目的。對(duì)“三廢”區(qū)別不同情況，采取多級(jí)凈化、去污、壓縮減容、焚燒、固化等措施處理、處置。這個(gè)過(guò)程稱為“三廢”處理與處置。例如，對(duì)放射性廢液，根據(jù)其放射性水平區(qū)分為低、中、高放廢液，可采用凈化處理、水泥固化或?yàn)r青固化、玻璃固化。固化后存放到專用處置場(chǎng)或放入深地層處置庫(kù)內(nèi)處置，使其與生物圈隔離。