日本計(jì)劃2021年清理核燃料殘?jiān)?核燃料是什么東西?

• 2019年12月3日 LiuMingYue來(lái)源：時(shí)差視頻微博 331 14
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據(jù)了解核電站里面都會(huì)有核燃料殘?jiān)@種核燃料殘?jiān)切枰謇淼?，而近日日本?jì)劃2021年清理核燃料殘?jiān)?2月2日，日本政府制定新計(jì)劃，2021年將會(huì)開始清理福島第一核電站2號(hào)機(jī)內(nèi)的核燃料殘?jiān)?。同時(shí)表示希望在2031年前移出1到6號(hào)機(jī)所有的核燃料棒，目前，4號(hào)機(jī)組的核燃料棒已全部取出，3號(hào)機(jī)組的搬出作業(yè)已于4月開始。

核燃料是什么東西

核燃料(nuclear fuel)，可在核反應(yīng)堆中通過(guò)核裂變或核聚變產(chǎn)生實(shí)用核能的材料。重核的裂變和輕核的聚變是獲得實(shí)用鈾棒核能的兩種主要方式。鈾233、鈾235 鈾238,和钚239是能發(fā)生核裂變的核燃料，又稱裂變核燃料;氘和氚等能發(fā)生核聚變的核燃料，又稱聚變核燃料。

核燃料(nuclear fuel)，可在核反應(yīng)堆中通過(guò)核裂變或核聚變產(chǎn)生實(shí)用核能的材料。重核的裂變和輕核的聚變是獲得實(shí)用鈾棒核能的兩種主要方式。鈾235、鈾238和钚239是能發(fā)生核裂變的核燃料，又稱裂變核燃料。其中鈾235存在于自然界，而鈾233、钚239則是釷232和鈾238吸收中子后分別形成的人工核素。從廣義上說(shuō)，釷232和鈾238也是核燃料。氘和氚是能發(fā)生核聚變的核燃料，又稱聚變核燃料。氘存在于自然界，氚是鋰6吸收中子后形成的人工核素。核燃料在核反應(yīng)堆中“燃燒”時(shí)產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)大于化石燃料，1千克鈾235完全裂變時(shí)產(chǎn)生的能量約相當(dāng)于2500噸煤。

核燃料的類型有哪些

金屬燃料

鈾是普遍使用的核燃料。天然鈾中只含0.7%的U235，其余為U238。天然鈾的這個(gè)濃度正好能使核反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)自持核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，因而成為最早的核燃料，功率密度,一般要用U含量大于0.7%的濃縮鈾。這可以通過(guò)氣體擴(kuò)散法或離心法來(lái)獲得。

金屬鈾在堆內(nèi)使用的主要缺點(diǎn)為：有同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變;熔點(diǎn)低;存在尺寸不穩(wěn)定性;最常見的是核裂變產(chǎn)物使其體積膨脹(稱為腫脹);加工時(shí)形成的織構(gòu)使鈾棒在輻照時(shí)沿軸向伸長(zhǎng)(稱為輻照生長(zhǎng))，雖然不伴隨體積變化，但伸長(zhǎng)量有時(shí)可達(dá)原長(zhǎng)的4倍。此外,輻照還使金屬鈾的蠕變速度增加(50～ 100倍)。這些問(wèn)題通過(guò)鈾的合金化雖有所改善,但遠(yuǎn)不如采用UO2陶瓷燃料為佳。

钚(Pu)是人工易裂變材料，臨界質(zhì)量比鈾小，在有水的情況下,650克的钚即可發(fā)生臨界事故。钚的熔點(diǎn)很低(640℃)，一般都以氧化物與UO2混合使用。钚與U組合可以實(shí)現(xiàn)快中子增殖，因而使钚成為著重研究的核燃料。

釷吸收中子后可以轉(zhuǎn)換為易裂變的U，它在地殼中的儲(chǔ)量很豐富，所能提供的能量大約相當(dāng)于鈾、煤和石油全部?jī)?chǔ)量的總和。釷的熔點(diǎn)較高，直至1400℃才發(fā)生相變，且相變前后均為各向同性結(jié)構(gòu)，所以輻照穩(wěn)定性較好，這是它優(yōu)于鈾、钚之處。釷在使用中的主要限制為輻照下蠕變強(qiáng)度很低。一般以氧化物或碳化物的形式使用。在熱中子反應(yīng)堆中利用U-Th循環(huán)可得到接近于1的轉(zhuǎn)換比,從而實(shí)現(xiàn)“近似增殖”。但這種循環(huán)比較復(fù)雜，后處理也比較困難，因此尚未獲得廣泛應(yīng)用。

陶瓷燃料

包括鈾、钚等的氧化物、碳化物和氮化物，其中UO2是最常用的陶瓷燃料。UO2的熔點(diǎn)很高(2865℃)，高溫穩(wěn)定性好。輻照時(shí)UO2燃料芯塊內(nèi)可保留大量裂變氣體，所以燃耗(指燃耗份額，即消耗的易裂變核素的量占初始裝載量的百分比值)達(dá)10%也無(wú)明顯的尺寸變化。它與包殼材料鋯或不銹鋼之間的相容性很好，與水也幾乎沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，因此普遍用于輕水堆中。但是UO2的熱導(dǎo)率較低，核燃料的密度低，限制了反應(yīng)堆參數(shù)進(jìn)一步提高。在這方面，碳化鈾(UC)則具有明顯的優(yōu)越性。UC的熱導(dǎo)率比UO2高幾倍，單位體積內(nèi)的含鈾量也高得多。它的主要缺點(diǎn)是會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，一般用于高溫氣冷堆。

彌散體燃料

這種材料是將核燃料彌散地分布在非裂變材料中。在實(shí)際應(yīng)用中，廣泛采用由陶瓷燃料顆粒和金屬基體組成的彌散體系。這樣可以把陶瓷的高熔點(diǎn)和輻照穩(wěn)定性與金屬的較好的強(qiáng)度、塑性和熱導(dǎo)率結(jié)合起來(lái)。細(xì)小的陶瓷燃料顆粒減輕了溫差造成的熱應(yīng)力，連續(xù)的金屬基體又大大減少了裂變產(chǎn)物的外泄。由裂變碎片所引起的輻照損傷基本上集中在燃料顆粒內(nèi)，而基體主要是處在中子的作用下，所受損傷相對(duì)較輕，從而可達(dá)到很深的燃耗。這種燃料在研究堆中獲得廣泛應(yīng)用。除陶瓷燃料顆粒外，由鈾、鋁的金屬間化合物和鋁合金(或鋁粉)所組成的體系，效果也較好。在彌散體燃料中由于基體對(duì)中子的吸收和對(duì)燃料相的稀釋，必須使用濃縮鈾。

包覆顆粒燃料也是一種彌散體系。在高溫氣冷堆中，采用鈾、釷的氧化物或碳化物作為核燃料，并把它彌散在石墨中。由于石墨基體不夠致密，因而要在燃料顆粒外面包上耐高溫的、堅(jiān)固而氣密性好的多層外殼，以防止裂變產(chǎn)物的外泄和燃料顆粒的膨脹。外殼是由不同密度的熱解碳和碳化硅(SiC)組成的,其總厚度應(yīng)大于反沖原子的自由程，一般在100～300微米之間。整個(gè)燃料顆粒的直徑為1毫米。使用包覆顆粒燃料不僅可達(dá)到很深的燃耗，而且大大提高了反應(yīng)堆的工作溫度，是一種很有前途的核燃料類型。

流體燃料

在均勻堆中，核燃料懸浮或溶解于水、液態(tài)金屬或熔鹽中，從而成為流體燃料(液態(tài)燃料)。流體燃料從根本上消除了因輻照造成的尺寸不穩(wěn)定性，也不會(huì)因溫度梯度而產(chǎn)生熱應(yīng)力，可以達(dá)到很深的燃耗。同時(shí)，核燃料的制備和后處理也都大大簡(jiǎn)化，并且還提供了連續(xù)加料和處理的可能性。流體燃料與冷卻劑或慢化劑直接接觸，所以對(duì)放射性安全提出較嚴(yán)的要求，且腐蝕和質(zhì)量遷移也往往是一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。這種核燃料尚處于實(shí)驗(yàn)階段(見錒系金屬)。

以上就是日本計(jì)劃2021年清理核燃料殘?jiān)南嚓P(guān)消息。

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