
【化】 nuclear fuel cycle
核燃料循环(nuclear fuel cycle)指核能系统中从铀矿开采到乏燃料处理的完整工业流程,包含前端、使用阶段和后端三部分。根据国际原子能机构(IAEA)定义,其核心环节包括:
前端燃料制备
燃料制造与使用
将浓缩铀制成二氧化铀((text{UO}_2))陶瓷燃料棒,装载入反应堆进行核裂变发电,典型压水堆燃料使用周期为18-24个月。
后端处理
闭式燃料循环(closed fuel cycle)通过钚铀混合氧化物(MOX)燃料再利用率可达96%,而开式循环(once-through cycle)直接将乏燃料进行最终处置。美国能源部数据显示,全球现有430座商用反应堆每年产生约1万吨乏燃料(2023年统计)。
核燃料循环是指核燃料从开采、加工、使用到废物处理的全过程,构成核能工业的基础。其核心目标是为核反应堆提供燃料并实现资源高效利用与废物安全处置。根据流程阶段和资源处理方式,可分为以下要点:
前段(反应堆前)
包括铀矿勘探、开采、冶炼提纯(如制成“黄饼”)、铀浓缩(提高铀-235浓度)及燃料元件制造。例如,铀矿石经化学处理生成黄饼后,需进一步提纯至核级纯度,再通过离心机浓缩加工成燃料棒。
反应堆阶段
燃料元件在核电站中通过核裂变释放能量,产生电能。此过程会生成乏燃料(含未耗尽铀、钚等放射性物质)。
后段(反应堆后)
涉及乏燃料的中间贮存、后处理及废物处置。后处理可回收铀和钚用于新燃料制造(闭式循环),或直接封装乏燃料进行地质处置(一次通过循环)。
核燃料循环通过资源回收减少铀矿需求(闭式循环可节约天然铀25%以上),同时需解决高放废物长期隔离的技术难题。其完整流程被形象比喻为核燃料的“生死轮回”,从矿石中“诞生”到反应堆中“燃烧”,最终以安全处置完成“归宿”。
如需更详细数据(如具体工艺参数或各国循环策略),可参考国家核安全局或国际原子能机构发布的权威报告。
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