日本核電站核燃料能不能取出來

【專家解說】：哥們你沒看電視嗎 日本的機(jī)器人在踢球呢^_^ 核燃料(nuclear fuel)，可在核反應(yīng)堆中通過核裂變或核聚變產(chǎn)生實(shí)用核能的材料。重 鈾棒核能 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233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，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。 核反應(yīng)堆原料 已經(jīng)大量建造的核反應(yīng)堆使用的是裂變核燃料鈾235 和钚239，很少使用鈾233。由于至今還未有建成使用聚變核燃料的反應(yīng)堆，因此通常說到核燃料時(shí)指的是裂變核燃料。由于核反應(yīng)堆運(yùn)行特性和安全上的要求，核燃料在核反應(yīng)堆中“燃燒”不允許像化石燃料一樣一次燒盡。為了回收和重新利用就必須進(jìn)行后處理。核燃料后處理是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)分離純化過程，曾經(jīng)研究過各種水法過程和干法過程。目前各國普遍使用的是以磷酸三丁酯為萃取劑的萃取法過程，即所謂的普雷克斯流程。核燃料后處理過程與一般的水法冶金過程之最大差別是它具有很強(qiáng)的放射性和存在發(fā)生核臨界的危險(xiǎn)。因此，必須將設(shè)備置于有厚的重混凝土防護(hù)墻的設(shè)備室中并實(shí)行遠(yuǎn)距離操作以及采取防止核臨界的措施。所產(chǎn)生的各種放射性廢物要嚴(yán)加管理和妥善處置以確保環(huán)境安全。實(shí)行核燃料后處理，可更充分、合理地使用已有的鈾資源。 類型 簡介 包含易裂變核素、在核反應(yīng)堆內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)自持核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的材料。核燃料 核燃料類型圖 在反應(yīng)堆內(nèi)使用時(shí)，應(yīng)滿足以下的要求:①與包殼材料相容，與冷卻劑無強(qiáng)烈的化學(xué)作用;②具有較高的熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率;③輻照穩(wěn)定性好;④制造容易，再處理簡單。根據(jù)不同的堆型，可以選用不同類型的核燃料:金屬(包括合金)燃料，陶瓷燃料，彌散體燃料和流體(液態(tài))燃料等。 金屬燃料 鈾是目前普遍使用的核燃料。天然鈾中只含0.7%的U235,其余為U233。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，目前仍在使用。但核電站(特別是核潛艇)用的反應(yīng)堆要求結(jié)構(gòu)緊湊和高的功率密度,一般要用U含量大于0.7%的濃縮鈾。這可以通過氣體擴(kuò)散法或離心法來獲得。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(稱為輻照生長)，雖然不伴隨體積變化，但伸長量有時(shí)可達(dá)原長的4倍。此外,輻照還使金屬鈾的蠕變速度增加(50~ 100倍)。這些問題通過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,它在地殼中的儲量很豐富，所能提供的能量大約相當(dāng)于鈾、煤和石油全部儲量的總和。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 圖1 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。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中子的吸收和對燃料相的稀釋，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。 以上幾種類型的核燃料都用于非均勻堆。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可制成帶有包殼的、不同形狀的燃料元件(見圖1)。 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 核燃料處理廠 深的燃耗。同時(shí)，核燃料的制備和后處理也都大大簡化，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)重問題。目前這種核燃料尚處于實(shí)驗(yàn)階段(見錒系金屬)。 相關(guān)信息 伊外長要求修改核燃料交換方案 伊朗外交部長馬努切赫爾·穆塔基2010年2月5日說，伊朗想修改國際原子能機(jī)構(gòu)提出的核燃料交換方案，他對最終達(dá)成協(xié)議表示樂觀。穆塔基當(dāng)天接受德國《南德意志報(bào)》采訪時(shí)作出上述表態(tài)。報(bào)紙定于6日刊登出這篇采訪文章。 國際原子能機(jī)構(gòu)2009年10月提議，伊朗把國內(nèi)大部分低濃度濃縮鈾一次性運(yùn)往俄羅斯提純，然后再由法國把它們加工成伊朗研究用核反應(yīng)堆所需的核燃料棒?！拔覀冋J(rèn)為，這一過程將讓我們進(jìn)入一種新的信任氛圍中，”穆塔基說，“我們已經(jīng)由我們的總統(tǒng)、以最高級別表明我們同意，那是重要的一點(diǎn)。”他同時(shí)警告，伊朗不會(huì)接受國際原子能機(jī)構(gòu)提議的時(shí)間表。按德新社的說法，國際原子能機(jī)構(gòu)方案中，伊朗運(yùn)出濃縮鈾后，等待多達(dá)1年時(shí)間才能收到核燃料。穆塔基說，最近幾個(gè)月外交氛圍已改善，表明或許能達(dá)成一項(xiàng)最終協(xié)議?！白钪匾囊稽c(diǎn)是存在核燃料交換的政治意愿……雙方采取舉措建立信任很重要，我們已感覺到那正在發(fā)生?！?2011日本核燃料泄漏 2011 年3月11日14時(shí)46分(北京時(shí)間13時(shí)46分)發(fā)生在日本本州東海岸附近海域的里氏9.0級地震， 震中位于北緯38.1度，東經(jīng)142.6度，震源深度約20公里。日本氣象廳隨即發(fā)布了海嘯警報(bào)，稱地震將引發(fā)約6米高海嘯。 3月12日，日本時(shí)事社援引東京電力公司的消息說，日本福島縣第一核電站1號機(jī)組15時(shí)6分爆炸后釋放大量核輻射造成重大二次災(zāi)害。日本當(dāng)局建議核電站附近居民應(yīng)迅速撤離，不要在撤離過程中吃喝任何東西，盡量不要讓皮膚暴露在外。到安全場地后要更換衣物。應(yīng)該擴(kuò)大疏散區(qū)域，如不能馬上疏散，應(yīng)提醒居民關(guān)閉門窗，關(guān)閉空調(diào)。 日本福島1號核電站面臨的緊急情況15日迅速走向惡化:先是2號反應(yīng)堆外殼在爆炸中受損，造成含有放射物的冷卻水不斷流出。緊接著，一直平靜的4號反應(yīng)堆起火，大量放射性物質(zhì)泄漏。日本首相菅直人當(dāng)即發(fā)布命令，要求距核電站30公里內(nèi)居民呆在家中避險(xiǎn)。 有消息稱，日本搶險(xiǎn)隊(duì)員已經(jīng)從福島1號核電站2號反應(yīng)堆所在機(jī)房撤走，這表明反應(yīng)堆厚厚的鋼結(jié)構(gòu)外殼可能因15日清晨的爆炸而“破損嚴(yán)重”，甚至到了“無法控制”狀態(tài)。日本政府發(fā)布警告說，福島1號核電站可能正在泄漏出更多放射性物質(zhì)，對民眾健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。 日本政府發(fā)言人表示，雖然福島核電站4號反應(yīng)堆內(nèi)沒有正在使用的核燃料，但卻存放著大量使用過的燃料棒，因此，救援人員正在全力滅火，防止這些同樣需要降溫的“核廢料”繼續(xù)發(fā)生嚴(yán)重泄漏事故。上述最新進(jìn)展表示，福島1號核電站的局勢可能急轉(zhuǎn)直下，變得無法收拾。 一旦救援人員不能很快返回福島核電站繼續(xù)為這四個(gè)反應(yīng)堆“退燒”，堆內(nèi)核燃料將因溫度過高而發(fā)生“完全融毀現(xiàn)象”。那樣的話，像熔巖一樣滾燙的核燃料會(huì)突破反應(yīng)堆15厘米厚的燃料艙鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)體束縛，給日本和周邊國家?guī)頍o法彌補(bǔ)的核災(zāi)難。 此前，因閥門故障，日本救援人員一度無法打開2號反應(yīng)堆排氣口，結(jié)果造成堆內(nèi)壓力極高，同時(shí)也造成用來冷卻反應(yīng)堆的海水根本無法注入其中。這意味著日本用來冷卻反應(yīng)堆的最后辦法失靈，以致大量核燃料暴露在空氣中達(dá)數(shù)小時(shí)之久，發(fā)生核泄漏可能性極大。 雖然救援人員最終修復(fù)了減壓閥，但仍無法讓海水完全漫過發(fā)熱的燃料棒，其結(jié)果就是2號反應(yīng)堆內(nèi)溫度繼續(xù)升高，直到其中發(fā)生了猛烈地爆炸。目前，日本政府和福島核電站仍然堅(jiān)持表示，當(dāng)?shù)夭粫?huì)發(fā)生類似前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站那樣嚴(yán)重的泄露事故。 日本現(xiàn)在只能繼續(xù)向四個(gè)反應(yīng)堆內(nèi)注水降溫，同時(shí)不斷排出帶有放射性污染物的蒸汽，并希望當(dāng)?shù)厥冀K保持西風(fēng)，不要刮東風(fēng)和南風(fēng)，否則日本首都東京和朝鮮半島都將遭受污染。與此同時(shí)，就是等著反應(yīng)堆自然降溫至安全狀態(tài)，然后徹底將這個(gè)核電站封存廢棄。在日本核電站周圍檢測到的放射性物質(zhì)包括碘131和銫137。其中，碘131一旦被人體吸入，可能會(huì)引發(fā)甲狀腺疾病。日本政府已計(jì)劃向核電站附近居民發(fā)放防止碘131輻射的藥物碘片。有關(guān)資料顯示，銫137則會(huì)造成人體造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)損傷。