
【化】 nuclear fuel cycle
核燃料循環(nuclear fuel cycle)指核能系統中從鈾礦開采到乏燃料處理的完整工業流程,包含前端、使用階段和後端三部分。根據國際原子能機構(IAEA)定義,其核心環節包括:
前端燃料制備
燃料制造與使用
将濃縮鈾制成二氧化鈾((text{UO}_2))陶瓷燃料棒,裝載入反應堆進行核裂變發電,典型壓水堆燃料使用周期為18-24個月。
後端處理
閉式燃料循環(closed fuel cycle)通過钚鈾混合氧化物(MOX)燃料再利用率可達96%,而開式循環(once-through cycle)直接将乏燃料進行最終處置。美國能源部數據顯示,全球現有430座商用反應堆每年産生約1萬噸乏燃料(2023年統計)。
核燃料循環是指核燃料從開采、加工、使用到廢物處理的全過程,構成核能工業的基礎。其核心目标是為核反應堆提供燃料并實現資源高效利用與廢物安全處置。根據流程階段和資源處理方式,可分為以下要點:
前段(反應堆前)
包括鈾礦勘探、開采、冶煉提純(如制成“黃餅”)、鈾濃縮(提高鈾-235濃度)及燃料元件制造。例如,鈾礦石經化學處理生成黃餅後,需進一步提純至核級純度,再通過離心機濃縮加工成燃料棒。
反應堆階段
燃料元件在核電站中通過核裂變釋放能量,産生電能。此過程會生成乏燃料(含未耗盡鈾、钚等放射性物質)。
後段(反應堆後)
涉及乏燃料的中間貯存、後處理及廢物處置。後處理可回收鈾和钚用于新燃料制造(閉式循環),或直接封裝乏燃料進行地質處置(一次通過循環)。
核燃料循環通過資源回收減少鈾礦需求(閉式循環可節約天然鈾25%以上),同時需解決高放廢物長期隔離的技術難題。其完整流程被形象比喻為核燃料的“生死輪回”,從礦石中“誕生”到反應堆中“燃燒”,最終以安全處置完成“歸宿”。
如需更詳細數據(如具體工藝參數或各國循環策略),可參考國家核安全局或國際原子能機構發布的權威報告。
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