核燃料循環(huán)是核能系統(tǒng)的“大動(dòng)脈”。從鈾礦勘查、鈾礦采冶到純化轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造，再到反應(yīng)堆、后處理、廢物處理與處置，中國(guó)是世界上少數(shù)擁有完整核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)家。
包頭、蘭州、嘉峪關(guān)，記者近日跟隨中核集團(tuán)第三屆“核你在一起”核科普開(kāi)放周采訪團(tuán)一路向西，參觀我國(guó)核燃料循環(huán)體系中的三個(gè)重要環(huán)節(jié)——鈾轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造，層層揭開(kāi)我國(guó)核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的神秘面紗。
核燃料閉式循環(huán)中的關(guān)鍵一環(huán)
中核四〇四有限公司，這個(gè)以數(shù)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(guó)核城”，是我國(guó)建設(shè)最早、規(guī)模最大、體系最完整的核工業(yè)綜合性科研生產(chǎn)基地。“在建設(shè)之初，這里荒無(wú)人煙，氣候條件惡劣，甚至沒(méi)有一棵樹(shù)。”中核四〇四相關(guān)負(fù)責(zé)人這樣向記者介紹。
天然鈾必須經(jīng)過(guò)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(zhì)和影響核反應(yīng)的物質(zhì)，必須經(jīng)過(guò)提純和精制，制作成天然鈾產(chǎn)品。這個(gè)提純過(guò)程叫純化。”中核四〇四的技術(shù)專(zhuān)家解釋說(shuō)，“純化過(guò)后的天然鈾產(chǎn)品為了進(jìn)行鈾濃縮，必須將天然鈾產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成可以反應(yīng)的形態(tài)。這個(gè)過(guò)程就叫轉(zhuǎn)化。”
中核四〇四是我國(guó)核燃料閉式循環(huán)中的關(guān)鍵一環(huán)。這里是中國(guó)最重要的核工業(yè)生產(chǎn)和后處理基地。
在整個(gè)核循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的后端，乏燃料后處理是目前已知的最復(fù)雜和最具挑戰(zhàn)性的化學(xué)處理過(guò)程之一。據(jù)了解，我國(guó)第一座動(dòng)力堆乏燃料后處理中間試驗(yàn)廠就坐落在中核四〇四，目前已實(shí)現(xiàn)從試驗(yàn)向生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變。
核電可持續(xù)發(fā)展的重要保障
經(jīng)中核四〇四轉(zhuǎn)化而成的六氟化鈾產(chǎn)品將被運(yùn)送到中核蘭州鈾濃縮有限公司。在這里，天然鈾中的鈾-235含量會(huì)進(jìn)一步提高。該工藝過(guò)程即鈾濃縮。
核燃料是核反應(yīng)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%，其余都是鈾-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(zhuǎn)的離心機(jī)產(chǎn)生很強(qiáng)的離心力場(chǎng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鈾-235和鈾-238的分離。”中核蘭鈾相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，離心機(jī)是鈾濃縮最核心的生產(chǎn)設(shè)備，也是各國(guó)的核心機(jī)密。目前開(kāi)展離心機(jī)研究的有美國(guó)、日本、英國(guó)等十多個(gè)國(guó)家，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。
中核蘭鈾的主工藝生產(chǎn)線，不允許拍攝、記錄。參觀時(shí)只見(jiàn)主控室的大屏幕上閃爍著各種數(shù)據(jù)，所有機(jī)器運(yùn)行的狀態(tài)、參數(shù)、產(chǎn)量，都在控制室里進(jìn)行控制。
鈾濃縮技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家核技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志。離心機(jī)的高轉(zhuǎn)速、可靠性、耐腐蝕，是要解決的最核心的三大技術(shù)難題。中核集團(tuán)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，實(shí)現(xiàn)了鈾濃縮技術(shù)的完全自主創(chuàng)新。
中核蘭鈾曾為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“四個(gè)第一”的壯舉做出了突出貢獻(xiàn)。現(xiàn)在，這個(gè)工廠又肩負(fù)起為我國(guó)所有核電站提供濃縮鈾燃料的重任。從這里生產(chǎn)的濃縮鈾，經(jīng)過(guò)再加工，將被源源不斷地運(yùn)到設(shè)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(chǎn)業(yè)的最終產(chǎn)品，是核電站的能量源泉。那么，鈾燃料是怎么成為元件的呢？記者來(lái)到位于內(nèi)蒙古包頭市青山區(qū)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(guó)首個(gè)核燃料元件和核材料科研生產(chǎn)基地，曾為我國(guó)“兩彈一艇”的研制做出了重大貢獻(xiàn)。新世紀(jì)以來(lái)，這里先后建成了重水堆、壓水堆、AP1000和高溫氣冷堆核電燃料元件生產(chǎn)線，成為我國(guó)產(chǎn)品最全的核電燃料元件生產(chǎn)企業(yè)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，核燃料元件制造大概包括芯塊制造、芯塊裝管、組件組裝等多個(gè)步驟。
“我們從事的工作是保障核電站安全運(yùn)行的前兩道屏障。”中核北方相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，核電站之所以可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生泄漏事故，是因?yàn)樗兴牡腊踩Ｗo(hù)屏障，即燃料芯塊、核燃料包殼、一回路壓力邊界、反應(yīng)堆安全殼。
記者發(fā)現(xiàn)，中核北方部分生產(chǎn)線的工作人員并不需要穿過(guò)多的防護(hù)服，只需要穿著普通的棉布工作服就可以滿(mǎn)足工作要求。他們會(huì)受到輻射嗎？中核北方壓水堆元件廠廠長(zhǎng)楊光宇回答道：“核燃料元件廠在生產(chǎn)中使用的原料幾乎沒(méi)有放射性，用一張薄薄的紙就能將輻射擋住。”
據(jù)了解，目前我國(guó)可以提供各種類(lèi)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(chǎn)基地，可為國(guó)內(nèi)各類(lèi)研究堆、核電站提供安全可靠的核燃料元件。