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你所不知的核燃料

已有 11286 次阅读 2016-12-22 14:42 |系统分类:科研笔记| 放射性, 核电站, 核燃料, 标准煤

文/赵顺安

      大家都知道核电站的燃料是铀,一个核电站要消耗多少铀?放射性对人影响如何?不是专业的人员知之不多。

      1kg铀235裂变释放的热量相当于2500t标准煤,一个百万千瓦机组每年耗煤约210万吨,同样容量的核电机组只要消耗840kg的铀235。

     目前,商业核电站反应堆技术要求的燃料,都是铀235。轻水核反应堆要求铀235的丰度达到约3%,一个百万机组需要更换的核燃料重量约30吨。

     天然铀以铀235和铀238两种同位素存在,其中铀235丰度(含量)仅为0.72%,铀238为99.28%。可具开采价值的天然铀矿的铀含量约0.05%~0.2%。一般需要先从铀矿石中提取铀,第二步将铀235进行浓缩,使其丰度达到约3%。

     若采用重水反应堆,那么从铀矿石中提取铀后不用再进一步浓缩,便可直接用作反应堆的燃料。但也仅是利用了0.72%,其余的99%的铀238并未得到利用。

     采用快中子反应堆(快堆)技术,便可利用天然铀矿石提取的铀的99%。

     核裂变要求铀235的丰度达到一定的值,便可进行,核电要求达到约3%在慢化剂中便可进行裂变,当85%以上质量大于某临界值后便自动产生裂变链式反应,这就是原子弹原理,原子弹引爆便是将小于临界质量的浓缩铀235撞击合并。所以,掌握铀浓缩技术是制造原子弹的前提。发展核电需要进行铀浓缩,也就要进行铀浓缩,核电发展是十分敏感的事,它的继续发展便是核武器技术。这是国际社会关注朝鲜核电的原因之一。

      地壳每吨物质含铀约2.5克,含量比金银还高。由于铀含量比较分散,铀235的浓度极低,天然条件下并不会产生裂变反应。尽管铀235是不稳定元素,具有放射性,但铀矿石的放射性对人并不产生什么伤害。

     放射性是元素从不稳定的原子核中发出的射线,在发出射线的同时形成稳定元素。放射性元素发出的射线有三种,即通常说的如α射线、β射线、γ射线,这些射线对人的伤害是不同的,其本身特性也不一样。α射线穿透力弱,在体外不会对人有什么危害,但食入后形成内照射损害健康;γ射线具有较强的穿透性对人照射后会严重损害身体健康,严重者可致死亡;β射线介于前二者之间,对人的皮肤会形成损伤。

     天然的铀矿石的放射性对人的损害可不计,因为它的衰减非常慢,以亿年计算,所以,相对来说是稳定的核素。铀235和铀238都是α射衰变,射程很小以微米计。

      中国是铀矿资源不甚丰富的一个国家。据如今我国向国际原子能机构陆续提供的一批铀矿田的储量推算,我国铀矿探明储量居世界第10位之后,不能适应发展核电的长远需要。分布情况如图示,共探明大小铀矿床(田)200多个,主要分布在江西、广东、湖南、广西,以及新疆、辽宁、云南、河北、内蒙古、浙江、甘肃等省区,矿床以中小型为主。





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