【正文】 、開采和加工是核燃料循環(huán)最前端和最重要的組成部分，從事該項(xiàng)工作的人數(shù)也最多。 ?自然界中大約有 200多種鈾礦物。其中，鈾 238占 %；鈾 235占 %；鈾 234占 %。 ?釷在地殼中的平均含量為 105，其總量約為 1010t— 1010t。釷和稀土元素常共生于礦物中（如獨(dú)居石）。如鈾 銅、鈾 鉬、鈾 煤等共生。礦石中的鈾、釷分別是鈾鐳放射系、錒鈾系和釷放射系的母體，其半衰期分別為 109a、 108a 和 1010a，并按各自的衰變規(guī)律放射出 α、β、 γ三種放射線。鈾、釷可分別析出放射性氣體氡（ 222Rn、219Rn）和釷射氣（ 220Rn），其半衰期分別為 、4s和 55s。氡是自然界中天然存在的具有 α放射性的氣體，也是人類生活空間中天然存在的主要?dú)鈶B(tài)放射性核素。 ? 各自相應(yīng)的重金屬性質(zhì) 。 《核安全綜合知識》 ? 鈾礦勘探、開采與加工 ? 鈾、釷礦的特點(diǎn)及勘探方法 ② 鈾、釷礦的勘探方法 ： ? 鈾、釷礦的勘探方法除一般的地質(zhì)方法外（如地質(zhì)填圖、槽探、坑探、鉆探，對地層、巖石和礦物的研究等），主要應(yīng)用放射性物探方法。 ? 此外還有地球化學(xué)法和生物地球化學(xué)法等。 ? 伴生放射性礦的特性及勘探 ① 伴生放射性礦的特性 ? 伴生放射性礦是在各種礦物（金屬礦或非金屬礦）中共生的部分鈾、釷礦物。 ? 伴生放射性礦也有與放射性鉀及放射性磷共生的礦物。多半是在其它礦種（非鈾、釷礦物）的開采和加工時(shí)被發(fā)現(xiàn)具有鈾、釷放射性的。 ? 鈾、釷礦及伴生放射性礦開采無論是露天開采還是地下開采都必須具備有完整的六大系統(tǒng)：通風(fēng)系統(tǒng)、提升運(yùn)輸系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、安全供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)。獨(dú)居石及釷礦砂主要用露天采礦法開采，但也有少數(shù)釷礦石在井下開采。 ? 鈾、釷礦及伴生放射性礦的加工特點(diǎn) ① 鈾礦加工 ? 鈾礦加工采用濕法冶金（即用酸法或堿法）從礦石中提取鈾 。為了回收稀土元素和釷金屬，分離后的富釷礦物再進(jìn)一步處理，其工藝與鈾的加工相類似 。多半也是采用濕法冶金技術(shù)先將鈾提出后，再用其他方法冶煉出其他金屬。它們是鈾、釷礦及伴生放射性礦在開采和加工過程中主要的輻射安全問題。 b) 建造 —— 必須保證施工安全，確保工程質(zhì)量，防止冒頂塌方，防止淹井，作好臨時(shí)性通風(fēng)，防止井下氡及氡子體濃度超標(biāo)，杜絕中毒事故和超劑量事故的發(fā)生 。 d) 退役 —— 采空區(qū)可能造成地表塌陷，危害人類和建筑物的安全。礦坑水溢出，造成對水體、地表農(nóng)田的污染。 ② 加工各個(gè)階段的安全要求 a) 選址、設(shè)計(jì)和建造 。鈾、釷礦及伴生放射性礦加工廠房要進(jìn)行密閉、通風(fēng)和凈化，設(shè)計(jì)要考慮工藝化工原材料的毒性對工人的危害，以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生氡及氡子體，以及β/γ射線對工人的危害，同時(shí)要考慮對排放“三廢”的治理問題，控制其對環(huán)境的影響。 b) 運(yùn)行。 c) 退役 。加強(qiáng)對礦石和尾礦的永久性隔離問題，防止含放射性的廢物擴(kuò)散和遷移對環(huán)境土地、水體的污染，同時(shí)控制氡的析出，防止氡及氡子體對環(huán)境的污染。 ? 鈾轉(zhuǎn)化過程大多屬于氣 固相反應(yīng)，工藝特點(diǎn)有： ? 固體的反應(yīng)性（活性）極為重要；固體顆粒的形貌及結(jié)構(gòu)都與原料有關(guān)；氣 固相反應(yīng)體系總是處于瞬變狀態(tài)之中；轉(zhuǎn)化率較高（ ≥95％）； ? 多數(shù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)在較高的溫度下進(jìn)行，而且通常伴有較大的熱效應(yīng)； ? 轉(zhuǎn)化反應(yīng)常在含有 HF、 F2等強(qiáng)腐蝕性的氣體中進(jìn)行，因此必須用鎳或鎳基合金等耐腐材料制作反應(yīng)器，并且設(shè)備要有良好的密閉性以防有毒氣體外逸。 ? UF4是制備 UF6和金屬鈾的原料，其生產(chǎn)有濕法與干法兩種。該方法的優(yōu)點(diǎn)是沉淀過程有純化作用，但所需工序較多，產(chǎn)生的廢液量大，生產(chǎn)成本高。 ? 干法已在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域占首要地位，其優(yōu)點(diǎn)是鈾的回收率高，工藝廢液量很少，工藝過程簡化，生產(chǎn)成本較低；但其缺點(diǎn)為產(chǎn)品的物理和化學(xué)性質(zhì)主要取決于原料的性狀，流程的適應(yīng)性較差，無水 HF的過剩量較大，以及因設(shè)備磨損和腐蝕會給產(chǎn)品帶來雜質(zhì)，純化作用較差。某些場合還設(shè)有預(yù)還原工序，或 UO3還原工序或鈾鹽分解 還原工序 。前者的產(chǎn)品質(zhì)量要求比后者為高 。 《核安全綜合知識》 ? 鈾化合物的轉(zhuǎn)化 ? 四氟化鈾的生產(chǎn) ? UO2氫氟化工藝過程及其主體設(shè)備 ①臥式攪拌床反應(yīng)器 。 ②流化床反應(yīng)器 ? 流化床反應(yīng)器靠通入的氣體將輸入的固態(tài)粉末狀物料懸浮起來，在流化狀態(tài)下發(fā)生反應(yīng)。 ③移動(dòng)床反應(yīng)器 ? 移動(dòng)床反應(yīng)器將制成一定粒度的物料加入到反應(yīng)器的頂部，靠粒子的自身重力沿床高向下緩慢移動(dòng)而進(jìn)行反應(yīng)。 ? 生產(chǎn) UF6 的工業(yè)方法幾乎都是用核純級的 UF4在高溫下與 F2發(fā)生作用而進(jìn)行氟化，因?yàn)樵诟鞣N方法中，只有這種方法消耗的氟氣量最少，而且無其他反應(yīng)產(chǎn)物 。 ? 其基本流程是：由氟化反應(yīng)器排出的氣體經(jīng)過濾去除其中夾帶的灰分（未反應(yīng)掉的 UF4和非揮發(fā)性氟化物雜質(zhì)）；然后進(jìn)入第一級冷凝器（又稱主冷凝器），在此絕大部分氣態(tài) UF6被冷凝成固體，再經(jīng)液化轉(zhuǎn)移到 UF6產(chǎn)品容器；由主冷凝器排出的不凝氣中含有過量的 F2，將其送入凈化反應(yīng)器（也稱二次反應(yīng)器）回收其中的 F2，而產(chǎn)生的 UF6 用第二級冷凝器（又稱輔助冷凝器）收集；最后排放的尾氣被送入尾氣處理工序，除去有害的 F HF并回收其中的鈾后排入大氣。再循環(huán)鈾的轉(zhuǎn)化與天然鈾并無區(qū)別。 ? 六氟化鈾的還原 ? 六氟化鈾最終一般要加工成 UO2或金屬鈾。 ? 目前應(yīng)用最廣的是將 UF6轉(zhuǎn)化為 UF4的氫氣還原法，而且以往反應(yīng)器中引入 F2與 H2燃燒來供熱，而器壁仍可維持在較低溫度的冷壁法為主。 。在現(xiàn)代熱中子反應(yīng)堆中，除少數(shù)重水堆、石墨氣冷反應(yīng)堆用天然鈾作核燃料外，輕水動(dòng)力堆需使用低濃縮鈾燃料，其中鈾 235的豐度為 2— %。高通量材料試驗(yàn)堆則需要富集 90%以上的高濃鈾。 ? 分離功的基本概念和定義 ? 分離功是一種僅專用于濃縮鈾的度量單位。 ? 以天然鈾作原料，生產(chǎn) 1t豐度為 3%的濃縮鈾約需 及 。 《核安全綜合知識》 ? 濃縮（富集）鈾的生產(chǎn) ? 濃縮鈾生產(chǎn)的基本原理 ? 用人工方法獲得濃縮鈾的方法有多種，但形成工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)方法只有氣體擴(kuò)散法和氣體離心法。 ⑴ 氣體擴(kuò)散法 ? 用擴(kuò)散法分離同位素的條件是膜孔徑必須足夠小，混合氣體壓力足夠低，并維持進(jìn)出口有一定的壓差。 ? 擴(kuò)散分離級的主要設(shè)備由分離器、壓縮機(jī)和熱交換器組成。大型擴(kuò)散廠每 kgSWU約需消耗 2300— 2500KWh電能。在離心機(jī)中，較重的分子靠近外周富集，較輕的分子靠近軸線富集。 ? 由于離心機(jī)單機(jī)分離能力很小，為實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，在各級中必須并聯(lián)很多離心機(jī)。 ⑶ 激光法 ? 激光法的突出優(yōu)點(diǎn)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。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) 。分離級可以是一個(gè)分離單元（擴(kuò)散單機(jī)或離心單機(jī)），也可以是并聯(lián)的數(shù)個(gè)分離單元，其中每個(gè)分離單元的入口和出口處的鈾 235同位素豐度相同。 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(jìn)行分離，當(dāng) 235U被濃縮到所需豐度時(shí)，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。 ? 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(yùn)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。 《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(diǎn) 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(yùn)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(hù) 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(jìn)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。嚴(yán)禁將放射性污染物品帶往污染區(qū)之外。對檢修工作場所按要求和規(guī)定通排風(fēng)。檢修時(shí)防護(hù)監(jiān)測人員要對現(xiàn)場空氣進(jìn)行取樣監(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。在設(shè)備檢修后，要對檢修后的設(shè)備、地面進(jìn)行去污并經(jīng)測量。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(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。 ③ 區(qū)域監(jiān)測 ? 在進(jìn)行日常外照射監(jiān)測工作的同時(shí)，主要對易產(chǎn)生鈾積累的部位進(jìn)行常規(guī)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(hù) 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。主要監(jiān)測項(xiàng)目為鈾、氟。 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(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。 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(yùn)輸容器 UF6泄漏 ? 原料和產(chǎn)品運(yùn)輸容器一般不會發(fā)生泄漏事故； UF6運(yùn)輸泄漏事故發(fā)生的概率約在 109/km以下。 ? 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。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。 《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。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。 ? 核燃料的特點(diǎn)是能量高度集中。一般燃料組件大約在反應(yīng)堆內(nèi)使用 3— 5a的時(shí)間。燃料組件的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行是對可靠性和安全性的主要影響因素。芯塊生坯多在旋轉(zhuǎn)壓機(jī)或者多沖頭壓機(jī)上等壓壓制 。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)。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)。 ? 燒結(jié)合格的芯塊進(jìn)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。 《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(dǎo)向管等的制造。定位格架的加工工藝因格架的結(jié)構(gòu)不同而有所差別。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。 ? 鋯合金管先用電子束或鎢極保護(hù)氣體 (TIG)焊接工藝焊接第一個(gè)端塞。C下經(jīng) 1— 2h烘干。芯塊的上端要裝入氧化鋁隔熱塊和彈簧。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。核燃料組件的組裝主要包括骨架組裝和拉棒或推棒。組裝的最后工序是將上下管座與裝完燃料棒的骨架用導(dǎo)向管連接起來。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。此外，還有對安全性也較為重要的氚。所幸其中相當(dāng)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。此外，乏燃料中不少元素還具有相當(dāng)強(qiáng)的生物毒性。 ? 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(shí)間，以使短半衰期的放射性核素絕大部分衰變掉。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(qiáng)的鈾同位素衰變 《核安全綜合知識》 ? 乏燃料貯存、運(yùn)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。 ? 乏燃料貯存過程的安全主要考慮以下兩點(diǎn)：①水池結(jié)構(gòu)的完整性。②確保乏燃料處于次臨界狀態(tài)。 ? 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。 《核安全綜合知識》 ? 乏燃料貯存、運(yùn)輸與后處理 ? 乏燃料運(yùn)輸 ? 由于乏燃料的固有特征，給其運(yùn)輸帶來了密閉、屏蔽、散熱、防核臨界等復(fù)雜問題，因而在運(yùn)輸過程中一定要確保其安全。 ? 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(yán)格的密閉性。 ? 容器的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)均有非常嚴(yán)格的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，且實(shí)行許可證制度。 ? 容器要做 200m水深處的水壓密封試驗(yàn)；跌落在 1m高垂直金屬立棒上的貫穿試驗(yàn)；從 9m高處自由跌落在剛性平臺上；在 800℃ 高溫下火燒半小時(shí)等。容器的重量一般為數(shù)噸至數(shù)十噸。 《核安全綜合知識》 ? 乏燃料貯存、運(yùn)輸與后處理 ? 乏燃料運(yùn)輸 ⑵ 運(yùn)輸方式