核燃料循环综述(I)

 

这篇文章将为大家介绍“什么是核燃料循环”,以及我们“为什么要搞核燃料循环”。此外,大家可能有这样的疑问:“燃料也可以循环吗?”这篇文章也将对大家的这个疑问进行解释,让大家更清楚的了解“循环”的本质。

我们从最基本的知识入手,要了解核燃料循环,首先我们要清楚核燃料是什么。实际上真正作为燃料进行“燃烧”的核燃料就是铀。但我们知道,汽车的燃料是汽油,而汽油需要通过对石油进行加工提炼得到。同样的道理,核燃料是铀,但要使铀能作为燃料“燃烧”也需要对铀矿石进行加工提炼。接下来的问题是核燃料用来干什么。核燃料的用途十分纯粹,就是用来“燃烧”发电,也就是生产核电。最后一个基本问题是核燃料“燃烧”过后怎么样了。跟其他形式的燃料一样,“燃烧”过的核燃料会变为新的存在形式,就如同汽油燃烧后变成了二氧化碳和一氧化碳等废气,但核燃料“燃烧”后并不直接变为“废料”,燃烧后的核燃料被称为“乏燃料”,从字面意思上看,“乏燃料”有再成为燃料的潜力。

了解了以上几个基本知识后,我们可以想象,围绕核燃料的用途可以延伸出很多生产活动,例如对铀矿石的加工提炼、对乏燃料的处理处置等,这些生产活动,包括使用核燃料发电本身,统称为核燃料循环。听起来高大上的核燃料循环实际上就是指一系列工业过程。

概括地讲,核燃料循环的过程起始于铀矿的开采,终止于核废料的处置。在这一过程中,如果没有对乏燃料进行再处理以发挥它们再成为“燃料”的潜力,那么这个过程实际上是一个开环的链,被称为“一次通过的核燃料循环”,这并不是一个真正意义上的“循环”。如果对乏燃料进行再处理并发挥了它们再成为“燃料”的潜力,这个过程就是一个闭合的链,被成为“闭合的核燃料循环”,这才是真正意义上的“循环”。

前面提到要使铀能作为燃料需要对矿石进行加工提炼,虽然可以将这一过程概括为“加工提炼”,但实际上这一过程相当繁琐且困难。对矿石进行加工提炼的过程包括铀矿石的开采、矿石的加工、铀的精制、铀的转化、铀浓缩以及燃料元件制造。这些过程通常称为核燃料循环的“前端”。

前面也曾提到核燃料在“燃烧”后会变为乏燃料。实际上,乏燃料不仅具有再成为燃料的潜力,而且乏燃料中也可以提取核武器装料,况且乏燃料也是有很高放射性的,因此对乏燃料的处理处置也不能大意,更不可随意。对乏燃料的处理处置过程包括乏燃料的中间储存、乏燃料的后处理以及放射性核废料的处理处置,这些过程通常称为核燃料循环的后端。

下面这幅图片概括了整个核燃料循环的各个环节,可以帮助大家更清晰的掌握核燃料循环的脉络。

1

那么我们为什么要搞核燃料循环呢?其中一个很重要的目的是生产核燃料从而生产核电。此外,由于乏燃料相比其他种类燃料所产生废物的特殊性,出于安全与经济的多重考虑,我们有必要对其进行处理。这些都是当下我们搞核燃料循环的主要目的。但实际上,核燃料循环的诞生并不是出于这些目的的。核燃料循环的主要技术环节是在20世纪40到50年代发展起来的,而当时发展这些技术的目的是为了从乏燃料中生产核武器装料以及舰船动力堆装料,是纯粹的军用目的。在二战后,核燃料循环技术才逐步转向核电的商用生产。如今,在世界核不扩散体系下,核燃料循环技术当然不会轻易被不法分子用于核武器装料的生产等军用目的上,这一点大家可以放宽心。

通过以上讲解大家应该对核燃料循环有了基本的认识,其实核燃料所谓的“循环”并不是绝对的循环使用同一批核燃料,而是出于经济性考虑将乏燃料中有价值的成分再加工成新的燃料使用,从而提高核燃料的利用率,减少铀资源的消耗。这就像汽车上使用的一些“能量回收”技术,并不是让一箱汽油能循环使用,而是通过技术手段提高了汽油的利用率,从而减少了汽油消耗。