【正文】 很強的離心力場的作用，可以實現(xiàn)輕、重同位素的分離。在離心機中，較重的分子靠近外周富集，較輕的分子靠近軸線富集。 ? 與氣體擴散法相比，氣體離心法的主要優(yōu)點是：①比能耗低，僅為氣體擴散法的4— 10%；②單機濃縮系數(shù)（分離系數(shù)與 1之差）大（可達 ），若要得到豐度為 3%的低濃鈾產(chǎn)品，氣體離心法只需要十幾級的級聯(lián)；③技術(shù)發(fā)展?jié)摿Υ螅x心機的轉(zhuǎn)子長度可再增加，并由亞臨界機器發(fā)展為超臨界機器；④經(jīng)濟性越來越好，分離功成本已遠低于氣體擴散法。 ? 由于離心機單機分離能力很小，為實現(xiàn)相當?shù)漠a(chǎn)量，在各級中必須并聯(lián)很多離心機。一個實用的離心機分離工廠往往需要安裝幾萬臺甚至幾十萬臺離心機。 ⑶ 激光法 ? 激光法的突出優(yōu)點是分離系數(shù)大，一次分離即可獲得適于制造核武器的高濃縮鈾，但因其技術(shù)上難度較大，目前離工業(yè)應(yīng)用尚有較大距離。 《 核安全綜合知識 》 ? 濃縮（富集）鈾的生產(chǎn) ? 濃縮鈾生產(chǎn)的工藝流程 ⑴級聯(lián) ? 氣體擴散法和氣體離心法的單個分離單元的分離效果都很小。要把天然鈾中的鈾 235濃縮，就要將很多分離單元以一定的形式聯(lián)接成級聯(lián) 。 ? 分離級是級聯(lián)的組成單位；級聯(lián)是分離級之間串聯(lián)形成的組合。分離級可以是一個分離單元（擴散單機或離心單機），也可以是并聯(lián)的數(shù)個分離單元，其中每個分離單元的入口和出口處的鈾 235同位素豐度相同。 ? 將每一級的精料作為下一級的供料，同時將每一級的貧料返回到上一個較低豐度的級再參與分離，形成與不斷濃縮的精料流反向流動的貧料流，稱為逆流型級聯(lián)。 ⑵ 工藝流程概述 ? 主要工藝過程為：原料 UF6容器放入壓熱罐中加熱， UF6以氣態(tài)形式供入級聯(lián)進行分離，當 235U被濃縮到所需豐度時，裝入冷凍狀態(tài)下的產(chǎn)品容器，再經(jīng)液化均質(zhì)，取樣合格后存入成品庫房。貧料 UF6裝入冷凍狀態(tài)下的貧料容器，完全固化后送貧料場暫存。 ? 鈾濃縮工廠主工藝系統(tǒng)設(shè)置有級聯(lián)系統(tǒng)、供取料系統(tǒng)、產(chǎn)品液化倒料系統(tǒng)、物料貯存運輸系統(tǒng)、沾污容器和設(shè)備清洗系統(tǒng)、廢液處理系統(tǒng)、主要沾污設(shè)備檢修系統(tǒng)等。公用支持系統(tǒng)設(shè)置有供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)、液氮供應(yīng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、通訊與報警系統(tǒng)、實物保護系統(tǒng)、防火系統(tǒng)等。 《 核安全綜合知識 》 ? 濃縮（富集）鈾的生產(chǎn) ? 濃縮鈾生產(chǎn)的工藝流程 (3) 鈾濃縮工廠的基本特點 ① 工作介質(zhì)為六氟化鈾 ； ② 工藝系統(tǒng)的高度密封性和清潔度； ③ 長期運行的安全性與可靠性； ? 濃縮鈾生產(chǎn)的核安全問題 (1) 輻射防護 ① 現(xiàn)場污染控制 a) 工廠劃分為：控制區(qū)（紅區(qū)），供取料處；監(jiān)督區(qū)（橙區(qū)），進行放射性操作的工藝廠房，包括級聯(lián)大廳，原料、產(chǎn)品、貧料和廢物庫房，中央分析室和劑量監(jiān)測室等；非限制區(qū)（綠區(qū)），各放射性廠房的生活間和連廊。 b) 進出口控制：各放射性操作廠房均為獨立的密閉式廠房，在其入口處設(shè)有衛(wèi)生通過間。嚴禁將放射性污染物品帶往污染區(qū)之外。 c) 維修 :對各類主工藝設(shè)備、儀器、管道，在檢修前要用氮氣對其內(nèi)腔進行吹洗、置換，排除內(nèi)腔中的六氟化鈾或其它有害氣體。對檢修工作場所按要求和規(guī)定通排風。工作人員要佩戴個人防護用品。檢修時防護監(jiān)測人員要對現(xiàn)場空氣進行取樣監(jiān)測。對檢修人員尿鈾定期進行監(jiān)測。檢修完成后，要清洗現(xiàn)場，產(chǎn)生的廢液和放射性固體廢物分類放入容器。 《 核安全綜合知識 》 ? 濃縮（富集）鈾的生產(chǎn) ? 濃縮鈾生產(chǎn)的核安全問題 (1) 輻射防護 d) 去污 :正常情況下每天定時對地面和設(shè)備管道進行清掃。在設(shè)備檢修后，要對檢修后的設(shè)備、地面進行去污并經(jīng)測量。 ② 放射性流出物控制 ? 應(yīng)對氣態(tài)、液態(tài)流出物和固體廢物進行嚴格控制。主工藝廠房排放的含鈾氣溶膠尾氣一般經(jīng) 1— 3級尾氣凈化設(shè)備處理，并達到規(guī)定的排放標準。液態(tài)流出物主要來自各主工藝廠房的清洗溶液和廢水，經(jīng)處理合格后排放 。 ③ 區(qū)域監(jiān)測 ? 在進行日常外照射監(jiān)測工作的同時，主要對易產(chǎn)生鈾積累的部位進行常規(guī)監(jiān)測。 ④ 職業(yè)照射控制 ? 主要監(jiān)測： a)空氣中的含鈾鈾氣溶膠和 α放射性； b)對工藝回路和設(shè)備中易產(chǎn)生物料大量積累的部位做外照射監(jiān)測； c)個人劑量監(jiān)測，主要是吸入體內(nèi)造成的內(nèi)照射監(jiān)測 。 《 核安全綜合知識 》 ? 濃縮（富集）鈾的生產(chǎn) ? 濃縮鈾生產(chǎn)的核安全問題 (1) 輻射防護 ⑤ 環(huán)境安全與公眾劑量 a) 流出物監(jiān)測 — 主要包括氣載流出物、液態(tài)流出物中的鈾和氟含量監(jiān)測和固體廢物監(jiān)測。 b) 環(huán)境監(jiān)測 — 環(huán)境監(jiān)測點按照氣象條件、廠房和居民區(qū)的分布、“三廢”的排放情況及河流的上下游條件等設(shè)置。主要監(jiān)測項目為鈾、氟。 c) 公眾集體劑量估計 — 包括正常生產(chǎn)情況下公眾集體劑量估計和事故情況下公眾個人最大有效劑量當量。 ⑵ 核臨界 ? 鈾濃縮過程的工作物質(zhì)含有各種豐度的易裂變物質(zhì) 235U，在其豐度大于 1%的情況下，工廠中必須考慮核臨界問題，尤其應(yīng)注意產(chǎn)品的收集、封裝、貯存、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)。 《 核安全綜合知識 》 ? 濃縮（富集）鈾的生產(chǎn) ? 濃縮鈾生產(chǎn)的核安全問題 ⑶ UF6泄漏 ? 若六氟化鈾氣體外溢被人體吸入會造成嚴重的內(nèi)照射危害。 ① 級聯(lián)大廳 UF6泄漏 ② 供取料廠房 UF6泄漏 ③ 液化取樣、倒料系統(tǒng) UF6泄漏 ④ 貯存、運輸容器 UF6泄漏 ? 原料和產(chǎn)品運輸容器一般不會發(fā)生泄漏事故； UF6運輸泄漏事故發(fā)生的概率約在 109/km以下。貧料 UF6泄漏主要發(fā)生在焊縫處等。 ? 核燃料元 (組 )件制造 ? 核燃料組件簡述 ? 核燃料組件是核電廠的發(fā)熱源。根據(jù)反應(yīng)堆類型和結(jié)構(gòu)的不同，核燃料組件有多種類型。目前常用的壓水堆核電站核燃料組件是由封裝了可裂變材料的核燃料元件棒按一定的規(guī)律排列組成的。它主要由上下管座、格架、控制棒導向管和燃料元件棒組成。 《 核安全綜合知識 》 ? 核燃料元 (組 )件制造 ? 核燃料組件簡述 ? 核燃料組件是核電廠的發(fā)熱源。根據(jù)反應(yīng)堆類型和結(jié)構(gòu)的不同，核燃料組件有多種類型。目前常用的壓水堆核電站核燃料組件是由封裝了可裂變材料的核燃料元件棒按一定的規(guī)律排列組成的。它主要由上下管座、格架、控制棒導向管和燃料元件棒組成。 ? 核燃料的特點是能量高度集中。 — 座 1000MW級的壓水堆核電機組每年需要補充新燃料約 24t低濃鈾。一般燃料組件大約在反應(yīng)堆內(nèi)使用 3— 5a的時間。 ? 燃料組件在堆內(nèi)處于強中子場中，經(jīng)受高溫、高壓、高流速冷卻劑的沖刷，同時承受裂變產(chǎn)物化學作用和復雜的機械載荷，工作條件十分苛刻，要求燃料組件有高度的可靠性和安全性。燃料組件的設(shè)計、制造和運行是對可靠性和安全性的主要影響因素。 ? 核燃料組件的制造工藝 ? 核燃料組件制造從低濃六氟化鈾 (目前鈾 235豐度在 5%以下 )開始到生產(chǎn)出燃料組件成品，主要有以下工序： 《 核安全綜合知識 》 ? 核燃料元 (組 )件制造 ? 核燃料組件的制造工藝 ⑴ 化工轉(zhuǎn)化－制備可燒結(jié) UO2粉末 ① UF6的氣化 ② UF6的水解 ③ ADU(重鈾酸銨 )的沉淀 ④ ADU的過濾和洗滌 ⑤ ADU的干燥 ⑥ ADU的分解、還原和脫氟 ⑵ UO2芯塊制備 ? 均勻化后的粉末進入制粒工序，經(jīng)壓塊、破碎和篩分后，按規(guī)定的粒度配比，使粉末有良好的流動性。芯塊生坯多在旋轉(zhuǎn)壓機或者多沖頭壓機上等壓壓制 。 ? 芯塊燒結(jié)一般采用連續(xù)燒結(jié)爐。把壓制好生坯放在鉬舟中，再將鉬舟連續(xù)送入有還原氣氛 (氫氣 )的燒結(jié)爐中燒結(jié)。燒結(jié)溫度控制在 1700℃左右。芯塊的燒結(jié)密度控制在理論密度的 (95177。 )%。芯塊常在氫氣氛中燒結(jié)。為保證安全，通常要在爐端設(shè)置長明火，同時在車間設(shè)置測量和報警裝置，并保證良好的通風。 ? 燒結(jié)合格的芯塊進入磨削工序，其目的是保證芯塊的外形尺寸公差和表面光潔度。磨削后的芯塊要清洗干燥，最后是外觀完整性的檢查 。 《 核安全綜合知識 》 ? 核燃料元 (組 )件制造 ? 核燃料組件的制造工藝 ⑶ 組件零部件制造 ? 組件零部件制造指元件棒端塞、上下管座、定位格架和控制棒導向管等的制造。上下管座一般由低鈷不誘鋼制成。定位格架的加工工藝因格架的結(jié)構(gòu)不同而有所差別。 ? 對彈簧和條帶采用不同材料的雙金屬格架，主要有條帶沖制、彈簧成型和焊接。焊接是格架加工的重要工藝方法，一般用接觸電阻焊將彈簧與格架條帶焊接，組裝成型后再用釬焊或激光焊接方法將條帶焊接在一起組成格架。 ⑷ 燃料元件棒制備 ? 燃料元件棒制備工序主要包括鋯合金管準備、端塞焊接、裝入芯塊、彈簧和隔離塊、充氦和堵孔焊接。 ? 鋯合金管先用電子束或鎢極保護氣體 (TIG)焊接工藝焊接第一個端塞。芯塊裝管前先在 150186。C下經(jīng) 1— 2h烘干。 ? 芯塊裝管采用機械化自動裝管工藝。芯塊的上端要裝入氧化鋁隔熱塊和彈簧。為保證端塞焊接的可靠性，焊接質(zhì)量常用超聲檢測和 X光透射檢測。組裝好的元件棒要經(jīng)過芯塊間隔檢查和同位素豐度檢查。 ⑸ 組件組裝 ? 一般壓水堆燃料組件全長大約為 4到 5m，重量約在 550— 670kg之間，是一個大型而又精密的高技術(shù)產(chǎn)品。核燃料組件的組裝主要包括骨架組裝和拉棒或推棒。燃料棒在組裝前，為了防止劃傷，有時要先涂上一層保護膜，待組裝完成后將膜清洗干凈；也有在組裝過程中采用噴水潤滑方法來防止劃傷的。組裝的最后工序是將上下管座與裝完燃料棒的骨架用導向管連接起來。 《 核安全綜合知識 》 ? 乏燃料貯存、運輸與后處理 ? 乏燃料的特性 ? 在核反應(yīng)堆內(nèi)使用（輻照）達到計劃的卸料比燃耗后，自反應(yīng)堆內(nèi)卸出且不再在該堆中使用的核燃料稱為“乏燃料”。核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生各種核反應(yīng)（主要是裂變反應(yīng)和中子俘獲反應(yīng)）后，除了仍剩有新燃料中原有的元素外，還生成了兩大類產(chǎn)物，即裂變產(chǎn)物和錒系產(chǎn)物。 ? 初級和次級裂變產(chǎn)物的種類十分繁多，共有 36種化學元素，其核素則多至二三百種。此外，還有對安全性也較為重要的氚。這些裂變產(chǎn)物核素除少部分是穩(wěn)定的以外，大多具有極強的 β/γ放射性。所幸其中相當多的核素半衰期極短，出反應(yīng)堆后很快衰變成穩(wěn)定核素。 ? 乏燃料本身會發(fā)出各種極強的射線和中子，并由此伴隨放出熱量。此外，乏燃料中不少元素還具有相當強的生物毒性。以典型的輕水堆為例，當使用低富集度的 UO2燃料、燃耗為 33GWd/tU并冷卻 150d后，其乏燃料的放射性比活度仍高達 1017Bq/tU，發(fā)熱量為 20kW/tU，其中钚含量接近 1%，裂變產(chǎn)物總量約為 %，而鈾（富集度 － %）仍剩有 %。 ? 乏燃料貯存 ? 輻照過的燃料從反應(yīng)堆里卸出后必須存放一段時間，以使短半衰期的放射性核素絕大部分衰變掉。這一過程又稱為“冷卻”，其含意指乏燃料的放射性衰減，并帶走其衰變熱。冷卻的目的在于： ① 顯著降低其放射性水平 ② 確保轉(zhuǎn)換成易裂變物質(zhì) ③ 讓某些放射性很強的鈾同位素衰變 《 核安全綜合知識 》 ? 乏燃料貯存、運輸與后處理 ? 乏燃料貯存 ? 按貯存設(shè)施的所在地可分為“在堆貯存”和“離堆貯存”兩種。前者指在反應(yīng)堆現(xiàn)場，一般就是反應(yīng)堆附設(shè)的燃料水池；后者則指將乏燃料運輸?shù)竭h離反應(yīng)堆的地方（通常是設(shè)有后處理廠的廠址）集中貯存。 ? 乏燃料貯存過程的安全主要考慮以下兩點：①水池結(jié)構(gòu)的完整性。水池的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證在現(xiàn)場發(fā)生地震的情況下仍能完好；而在卸料水池的底部要有良好的吸震性能，以免在吊裝乏燃料運輸容器時萬一發(fā)生容器墜落，水池的不銹鋼覆面仍不破損。②確保乏燃料處于次臨界狀態(tài)。為增加水池的貯存容量，應(yīng)盡可能使乏燃料的排列緊密，這就會帶來核臨界安全的問題。 ? 往池水中加入可溶性中子毒物和 /或采用含有中子毒物的材料制成的貯存格架，都可使乏燃料貯存更加密集化。此外，還應(yīng)考慮貯存乏燃料組件的格架在地震時可能發(fā)生的位移和傾倒。 《 核安全綜合知識 》 ? 乏燃料貯存、運輸與后處理 ? 乏燃料運輸 ? 由于乏燃料的固有特征，給其運輸帶來了密閉、屏蔽、散熱、防核臨界等復雜問題，因而在運輸過程中一定要確保其安全。 ⑴ 運輸容器 ：運輸容器是確保運輸安全的關(guān)鍵裝備，必須具有足夠的機械強度，以抵御各種外力的作用。 ? 常用的圓柱型容器由帶底的開口圓筒、內(nèi)腔籃筐、頂蓋及O型密封圈等組成，保持嚴格的密閉性。運輸過程中，容器的兩端裝有防沖撞的減震器，并被安放在托架上。 ? 容器的設(shè)計、制造和檢驗均有非常嚴格的規(guī)范和標準，且實行許可證制度。在研制過程中，容器要經(jīng)受一系列極其苛刻的試驗，以模擬各種可信事故下容器的性能。 ? 容器要做 200m水深處的水壓密封試驗；跌落在 1m高垂直金屬立棒上的貫穿試驗；從 9m高處自由跌落在剛性平臺上；在 800℃ 高溫下火燒半小時等。 ? 為減少運輸次數(shù)以節(jié)省費用，運輸容器的容量應(yīng)盡可能大。容器的重量一般為數(shù)噸至數(shù)十噸。目前最大的容器重量已達