走進核能系統(tǒng)的“大動脈”

2017-10-17 11:15:02 中國科學報　點擊量：評論 (0)

核燃料循環(huán)是核能系統(tǒng)的大動脈。從鈾礦勘查、鈾礦采冶到純化轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造，再到反應堆、后處理、廢物處理與處置，中國是世界上少數(shù)擁有完整核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的國家。包頭、蘭州、嘉峪關，記者近日跟隨

核燃料循環(huán)是核能系統(tǒng)的“大動脈”。從鈾礦勘查、鈾礦采冶到純化轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造，再到反應堆、后處理、廢物處理與處置，中國是世界上少數(shù)擁有完整核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的國家。

包頭、蘭州、嘉峪關，記者近日跟隨中核集團第三屆“核你在一起”核科普開放周采訪團一路向西，參觀我國核燃料循環(huán)體系中的三個重要環(huán)節(jié)——鈾轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造，層層揭開我國核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的神秘面紗。

核燃料閉式循環(huán)中的關鍵一環(huán)

中核四〇四有限公司，這個以數(shù)字命名的公司一直帶有一種神秘的色彩。

這座建在祁連山下茫茫大戈壁灘中的“中國核城”，是我國建設最早、規(guī)模最大、體系最完整的核工業(yè)綜合性科研生產(chǎn)基地。“在建設之初，這里荒無人煙，氣候條件惡劣，甚至沒有一棵樹。”中核四〇四相關負責人這樣向記者介紹。

天然鈾必須經(jīng)過好幾道工序，才能變成核電站可以使用的元件。“鈾礦中有很多雜質(zhì)和影響核反應的物質(zhì)，必須經(jīng)過提純和精制，制作成天然鈾產(chǎn)品。這個提純過程叫純化。”中核四〇四的技術專家解釋說，“純化過后的天然鈾產(chǎn)品為了進行鈾濃縮，必須將天然鈾產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成可以反應的形態(tài)。這個過程就叫轉(zhuǎn)化。”

中核四〇四是我國核燃料閉式循環(huán)中的關鍵一環(huán)。這里是中國最重要的核工業(yè)生產(chǎn)和后處理基地。

在整個核循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的后端，乏燃料后處理是目前已知的最復雜和最具挑戰(zhàn)性的化學處理過程之一。據(jù)了解，我國第一座動力堆乏燃料后處理中間試驗廠就坐落在中核四〇四，目前已實現(xiàn)從試驗向生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變。

核電可持續(xù)發(fā)展的重要保障

經(jīng)中核四〇四轉(zhuǎn)化而成的六氟化鈾產(chǎn)品將被運送到中核蘭州鈾濃縮有限公司。在這里，天然鈾中的鈾-235含量會進一步提高。該工藝過程即鈾濃縮。

核燃料是核反應堆使用的燃料，大部分核電站都是用低濃縮鈾，其中鈾-235的含量約為2%-5%，但在天然鈾中，鈾-235的含量只有0.7%，其余都是鈾-238，因此必須提高鈾-235的含量。

“目前主流的鈾濃縮方法是氣體離心法，就是利用高速旋轉(zhuǎn)的離心機產(chǎn)生很強的離心力場，來實現(xiàn)鈾-235和鈾-238的分離。”中核蘭鈾相關負責人告訴記者，離心機是鈾濃縮最核心的生產(chǎn)設備，也是各國的核心機密。目前開展離心機研究的有美國、日本、英國等十多個國家，真正實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的只有少數(shù)幾個國家。

中核蘭鈾的主工藝生產(chǎn)線，不允許拍攝、記錄。參觀時只見主控室的大屏幕上閃爍著各種數(shù)據(jù)，所有機器運行的狀態(tài)、參數(shù)、產(chǎn)量，都在控制室里進行控制。

鈾濃縮技術是衡量一個國家核技術水平高低的重要標志。離心機的高轉(zhuǎn)速、可靠性、耐腐蝕，是要解決的最核心的三大技術難題。中核集團經(jīng)過長期努力，實現(xiàn)了鈾濃縮技術的完全自主創(chuàng)新。

中核蘭鈾曾為我國實現(xiàn)“四個第一”的壯舉做出了突出貢獻?，F(xiàn)在，這個工廠又肩負起為我國所有核電站提供濃縮鈾燃料的重任。從這里生產(chǎn)的濃縮鈾，經(jīng)過再加工，將被源源不斷地運到設在各地的核電站。

核電站的能量源泉

核燃料元件是核燃料產(chǎn)業(yè)的最終產(chǎn)品，是核電站的能量源泉。那么，鈾燃料是怎么成為元件的呢?記者來到位于內(nèi)蒙古包頭市青山區(qū)的中核北方核燃料元件有限公司尋找答案。

中核北方是我國首個核燃料元件和核材料科研生產(chǎn)基地，曾為我國“兩彈一艇”的研制做出了重大貢獻。新世紀以來，這里先后建成了重水堆、壓水堆、AP1000和高溫氣冷堆核電燃料元件生產(chǎn)線，成為我國產(chǎn)品最全的核電燃料元件生產(chǎn)企業(yè)。

簡單來說，核燃料元件制造大概包括芯塊制造、芯塊裝管、組件組裝等多個步驟。

“我們從事的工作是保障核電站安全運行的前兩道屏障。”中核北方相關負責人告訴記者，核電站之所以可以安全穩(wěn)定地運行，不會發(fā)生泄漏事故，是因為它有四道安全保護屏障，即燃料芯塊、核燃料包殼、一回路壓力邊界、反應堆安全殼。

記者發(fā)現(xiàn)，中核北方部分生產(chǎn)線的工作人員并不需要穿過多的防護服，只需要穿著普通的棉布工作服就可以滿足工作要求。他們會受到輻射嗎?中核北方壓水堆元件廠廠長楊光宇回答道：“核燃料元件廠在生產(chǎn)中使用的原料幾乎沒有放射性，用一張薄薄的紙就能將輻射擋住。”

據(jù)了解，目前我國可以提供各種類型的核燃料元件，已形成宜賓、包頭南北兩大核燃料元件生產(chǎn)基地，可為國內(nèi)各類研究堆、核電站提供安全可靠的核燃料元件。