走進核能系統的「大動脈」

2017-10-17 09:46:31中國科學報

■記者 陸琦

核燃料循環是核能系統的「大動脈」。從鈾礦勘查、鈾礦采冶到純化轉化、鈾濃縮、元件製造，再到反應堆、後處理、廢物處理與處置，中國是世界上少數擁有完整核燃料循環產業鏈的國家。

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」核科普開放周採訪團一路向西，參觀我國核燃料循環體系中的三個重要環節——鈾轉化、鈾濃縮、元件製造，層層揭開我國核燃料循環產業鏈的神秘面紗。

核燃料閉式循環中的關鍵一環

中核四〇四有限公司，這個以數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、規模最大、體系最完整的核工業綜合性科研生產基地。「在建設之初，這裡荒無人煙，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。「鈾礦中有很多雜質和影響核反應的物質，必須經過提純和精製，製作成天然鈾產品。這個提純過程叫純化。」中核四〇四的技術專家解釋說，「純化過後的天然鈾產品為了進行鈾濃縮，必須將天然鈾產品轉化成可以反應的形態。這個過程就叫轉化。」

中核四〇四是我國核燃料閉式循環中的關鍵一環。這裡是中國最重要的核工業生產和後處理基地。

在整個核循環產業鏈的後端，乏燃料後處理是目前已知的最複雜和最具挑戰性的化學處理過程之一。據了解，我國第一座動力堆乏燃料後處理中間試驗廠就坐落在中核四〇四，目前已實現從試驗向生產的轉變。

核電可持續發展的重要保障

經中核四〇四轉化而成的六氟化鈾產品將被運送到中核蘭州鈾濃縮有限公司。在這裡，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%，其餘都是鈾-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，就是利用高速旋轉的離心機產生很強的離心力場，來實現鈾-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，真正實現工業化生產的只有少數幾個國家。

中核蘭鈾的主工藝生產線，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據，所有機器運行的狀態、參數、產量，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誌。離心機的高轉速、可靠性、耐腐蝕，是要解決的最核心的三大技術難題。中核集團經過長期努力，實現了鈾濃縮技術的完全自主創新。

中核蘭鈾曾為我國實現「四個第一」的壯舉做出了突出貢獻。現在，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。從這裡生產的濃縮鈾，經過再加工，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業的最終產品，是核電站的能量源泉。那麼，鈾燃料是怎麼成為元件的呢？記者來到位於內蒙古包頭市青山區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基地，曾為我國「兩彈一艇」的研製做出了重大貢獻。新世紀以來，這裡先後建成了重水堆、壓水堆、AP1000和高溫氣冷堆核電燃料元件生產線，成為我國產品最全的核電燃料元件生產企業。

簡單來說，核燃料元件製造大概包括芯塊製造、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定地運行，不會發生泄漏事故，是因為它有四道安全保護屏障，即燃料芯塊、核燃料包殼、一迴路壓力邊界、反應堆安全殼。

記者發現，中核北方部分生產線的工作人員並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基地，可為國內各類研究堆、核電站提供安全可靠的核燃料元件。責編：韓銘

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