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走近天然铀

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当谈到天然铀时,每个人都知道它具有一定的放射性。然而,它的辐射程度及其在人类生产活动中的应用并不全面。事实上,自然界中到处都有放射性物质,但放射性强度不同。研究表明,蹲在口袋里约有0.5公斤铀矿石的人每天都会接触到与发光手表相同的辐射量。在过去,铀也被用作调色剂,以制作漂亮的玻璃和陶瓷釉料。现在让我们探索天然铀的神秘面纱。

铀中有三种同位素:U238,U235和U234。 U238含量大于99.2%,U235含量仅为0.72%,U234含量小于0.1%。主要能源利用是U235,容易腐烂。根据理论计算,1千克U235衰变所释放的能量相当于42辆列车中携带煤炭所产生的能量,这是一种能量密度巨大的物质。天然铀衰变主要向外界释放α射线。它不是危险的伽马射线。该射线是铯原子的质子核。它只能被一张A4纸挡住,人的衣服和皮肤可以完全隔离α射线。它影响人体的内部组织。

天然铀是国家战略资源。作为“核食品”,它在核燃料安全和核工业发展中发挥着重要作用。 1991年,中国第一座30万千瓦的压水堆核电站自行设计,建造和运营,并与电网相连。秦山核电站与发电并网相连,标志着中国和平利用核能。经过多年的发展,中国已具备百万千瓦级压水堆核电机组的自主设计,建设,运营管理能力和相应的研发体系。核能发电本身不会产生环境污染物。它是一种“零排放”电源,有助于预防和控制大气污染物和温室气体排放。一百万千瓦的核电站每年消耗约200吨天然铀。与燃煤发电相比,相当于减少标准煤的燃烧300万吨,减少二氧化碳排放到大气中600万吨,二氧化硫减少2.5万吨,氮气。 15,000吨氧化物。

那么核能发电如何使用天然铀呢?天然铀不能直接用作煤之类的燃料,需要一些复杂的工艺才能获得核电最终需要的核燃料。

首先,冶炼厂将铀矿加工成精制成“黄饼”(主要成分是二铀酸铵),然后净化铀矿石。由湿法冶金厂精制的“黄饼”进一步纯化并加工成氟化铀。由于大多数核电厂使用U235含量为2%至5%的低浓缩铀作为核燃料,而前一步骤中天然铀产品中的U235含量相对较低,因此需要通过同位素分离进一步分离U235和U238技术改进U235。相对内容。其工作原理类似于洗衣机脱水的原理。它使用离心机通过离心旋转以分离相对较轻的U235。一旦U235满足浓缩要求,它就可以生产核发电的最终产品,燃料元件。然后将燃料元件送到反应堆堆芯,U235核被外来中子轰击裂变,分裂成两个核(分别是镧和铈的核),两个(偶尔三个)新的中子释放出大的同时的能量;在核裂变过程中产生的新中子也可被其他U235原子核捕获,使核反应像链一样继续,形成连锁反应,从而不断释放能量。在核电站运行期间,提升芯中的控制棒可用于控制反应堆的启动和停止,并保持核反应堆的稳定运行。

在核电站中的燃料元件运行一段时间后(压水反应堆大约需要12到18个月),它可以“光荣地退役”,因为它不能再维持链式反应。此时,它被称为乏燃料,其包括少量未破碎的U235,大量难以裂变的U238,新形成的裂变材料Pu239,以及诸如锶和钡的核素。乏燃料实际上是一种非常珍贵的物质,属于“未利用的资源”。从反应堆排出的乏燃料通常储存在核燃料反应堆乏燃料池中,需要储存5年或更长时间。之后,可以将其送至后处理厂进一步处理回收铀和钍资源,生产铀 - 铌氧化物混合燃料,可用于压水堆核电站和快堆核电植物,以及镧系元素和其他有用的放射性物质。同位素。乏燃料后处理产生的低水平和中等水平的废物被送到低级和中级废物处理场进行处置;由此产生的高放废物将被送往深层地质处置库,地质库结构稳定,经玻璃固化后固化;标准规定的废物处置库可以永久地将放射性废物与人类环境分开。

(作者:中国核科学技术情报经济研究所)

杜燕飞,王静)