核燃料循环导论

本书也可作为核燃料循环行业科研、生产、运行的科技人员的参考书。 

核燃料进入反应堆前的生产制备及在反应堆中燃烧后的后处理过程统称为核燃料循环。本书全面介绍了反应堆用核燃料循环各个环节的方法和工艺，内容涉及铀资源与铀矿冶、铀纯化转化、铀浓缩、燃料元件制造、反应堆运行及乏燃料后处理等，对核燃料安全也有所涉及。
本书按照核燃料生产应用及乏燃料处理流程的先后顺序，对核燃料循环进行了较为系统、全面、有一定深度的阐述，帮助读者对核燃料循环的各个环节的方法、工艺及技术特点有整体的认识。
本书可以作为核燃料循环相关专业的本科和研究生培养的入门教材，由于跟踪了国内外核燃料循环技术的*进展，也可作为核燃料循环行业科研、生产、运行的工程技术人员的参考书，也可以作为针对核燃料循环学科的科普参考书。

目录

第1章概述

 

1.1核燃料分类

 

1.2核燃料资源

 

1.3裂变材料的丰度与铀浓缩

 

1.3.1裂变材料的丰度与临界质量和临界体积

 

1.3.2铀浓缩

 

1.4核燃料循环

 

参考文献

 

第2章铀资源与铀矿冶

 

2.1铀矿资源

 

2.1.1铀矿分布特点

 

2.1.2铀矿石分类

 

2.1.3世界铀矿资源分布

 

2.1.4中国的铀资源

 

2.2铀的常规开采技术

 

2.2.1铀矿床开拓

 

2.2.2铀矿地下开采方法

 

2.2.3放射性物探

 

2.3铀矿石破碎

 

2.3.1破碎理论

 

2.3.2破碎设备

 

2.3.3破碎流程

 

2.3.4磨矿

 

2.4铀的浸出方法

 

2.4.1酸法

 

2.4.2碱法(碳酸盐法)

 

2.5铀的提取方法

 

2.5.1矿浆的固液分离和洗涤

 

2.5.2离子交换法提铀工艺

 

2.5.3萃取法提铀工艺

 

2.6新型采矿技术——溶浸采铀方法概述

 

2.7沉淀法和铀产品制备

 

2.7.1从酸性溶液中沉淀铀

 

2.7.2从碱性溶液中沉淀铀

 

参考文献

 

第3章铀的化学转化

 

3.1概述

 

3.2铀的纯化

 

3.3铀氧化物的制备

 

3.3.1铀氧化物的物理化学性质

 

3.3.2铀氧化物的生产

 

3.3.3UF6转化为UO2

 

3.4四氟化铀制备

 

3.4.1UF4的物理化学性质

 

3.4.2UF4的制备

 

3.4.3UF6转化为UF4

 

3.5六氟化铀制备

 

3.5.1UF6的物理化学性质

 

3.5.2UF6的制备

 

3.6目前国内外铀转化现状

 

3.6.1铀转化工艺发展情况

 

3.6.2国内外相关公司情况

 

参考文献

 

第4章铀浓缩

 

4.1铀浓缩的意义

 

4.2气体扩散法

 

4.2.1气体扩散法的历史

 

4.2.2气体扩散法的分离原理

 

4.2.3二元气体混合物通过单层分离膜的流动和分离

 

4.2.4浓缩铀的气体扩散技术

 

4.3气体离心法

 

4.3.1气体离心法的发展历史和现状

 

4.3.2气体离心法的基本原理

 

4.3.3逆流离心机的倍增效应

 

4.3.4逆流离心机的环流驱动方式

 

4.3.5逆流离心机的主要结构元件

 

4.3.6气体离心法的理论基础

 

4.3.7离心级联

 

4.4激光同位素分离

 

4.4.1激光分离同位素的历史

 

4.4.2激光分离同位素的主要方法

 

4.4.3原子蒸气激光法分离系统

 

4.4.4分子法激光分离同位素

 

4.5世界铀浓缩发展情况

 

参考文献

 

第5章反应堆用核燃料及组件制造

 

5.1金属核燃料

 

5.1.1金属铀

 

5.1.2金属钚

 

5.1.3金属钍

 

5.2陶瓷核燃料

 

5.2.1含铀陶瓷

 

5.2.2含钚陶瓷

 

5.2.3含钍陶瓷

 

5.3核燃料在反应堆中的应用

 

5.3.1压水堆

 

5.3.2沸水堆

 

5.3.3重水堆

 

5.3.4其他堆型

 

5.4压水堆燃料组件制造

 

5.4.1UO2粉末制备

 

5.4.2UO2芯块制备

 

5.4.3核燃料组件组装

 

5.4.4核燃料组件检测

 

参考文献

 

第6章反应堆运行

 

6.1反应堆物理

 

6.1.1核裂变及裂变产物

 

6.1.2链式反应、中子循环、慢化剂

 

6.1.3反应堆临界

 

6.1.4反应性的变化与控制

 

6.1.5堆内的热量传递

 

6.1.6核燃料管理

 

6.2反应堆的分类及常见堆型燃料特点

 

6.2.1压水堆燃料

 

6.2.2沸水堆燃料

 

6.2.3重水堆燃料

 

6.2.4高温气冷堆燃料

 

6.2.5快堆燃料

 

参考文献

 

第7章乏燃料贮存及后处理

 

7.1概述

 

7.1.1乏燃料与乏燃料后处理

 

7.1.2核燃料后处理在核工业中的重要性

 

7.1.3乏燃料后处理工艺发展概况

 

7.1.4国外乏燃料后处理设施的建设发展概况

 

7.2乏燃料元件的运输和贮存

 

7.3乏燃料元件的首端处理

 

7.3.1乏燃料元件的脱壳方法

 

7.3.2乏燃料元件芯体的化学溶解

 

7.3.3铀钚共萃取料液的制备

 

7.4乏燃料后处理的铀钚分离过程

 

7.4.1共去污分离循环

 

7.4.2钚的净化循环

 

7.4.3铀的净化循环

 

7.5尾端处理过程

 

7.5.1钚的尾端处理过程

 

7.5.2铀尾端处理过程

 

7.6高放废液的处理与处置

 

7.6.1浓缩

 

7.6.2贮存

 

7.6.3固化

 

7.6.4高放废物的处置

 

参考文献

 

第8章核燃料安全

 

8.1核燃料的危害与安全

 

8.1.1核燃料的化学毒性及防护

 

8.1.2核燃料的辐射危害与防护

 

8.1.3裂变核燃料的临界安全

 

8.1.4火灾预防

 

8.2核安全监管

 

8.2.1核安全监管组织机构

 

8.2.2我国核与辐射安全法规状态

 

8.2.3核安全监管主要内容

 

8.2.4核燃料循环设施的分类和基本安全要求

 

8.3核燃料应急与放射性废物处置

 

8.3.1核燃料应急

 

8.3.2放射性废物处置

 

参考文献

 

前言
完整的核燃料循环体系，是一个国家核能和核力量的基础。清华大学拥有完整的核燃料循环与材料二级学科，一直承担着为国家培养高层次核燃料循环专业人才的任务，几十年来，为我国核燃料行业培养和输送了大量人才。核燃料循环与材料学科的特点是环节多、专业性强，包括铀矿冶、铀纯化转化、铀浓缩、燃料元件制造、反应堆运行、乏燃料后处理等环节，涉及矿冶、铀化学、放射化学、同位素分离、核材料等学科领域，每个环节均有专门的课程和教材。在核燃料专业的教学和人才培养实践中，深感学生缺乏对整个核燃料循环体系的全面认识，往往只对本环节或本环节的某个方面有所了解，对其他环节的知识则相对匮乏。因此在教学实践中，逐步增加了相关内容，但苦于缺少对核燃料循环进行全面介绍的入门教材，因此萌生了在已有讲义的基础上编写《核燃料循环导论》的想法。经过沟通交流，在中国核燃料有限公司的大力支持下，我们组织编写了本书。作为入门教材，本书力求对核燃料循环各个环节的原理、方法、工艺等进行全面系统的介绍。为使读者容易理解和掌握，本书第2~7章按照核燃料循环的先后顺序进行编排。由于在日本福岛核事故后，各国对核安全的重视程度日益提高，因此增加了第8章，专门对核燃料安全进行了简要介绍。本书第1、2、4章由姜东君编写，第3、7章由周明胜编写，第5章由戴兴建编写，第6、8章由徐旸编写。在本书的编写过程中，裴根、潘建雄、顾志勇、蹇丛徽、孙启明在制图、统稿、文字校对等方面投入了大量的精力； 俞冀阳校对全书，并提出了宝贵意见，在此一并表示感谢！本书也可作为核燃料循环行业科研、生产、运行的科技人员的参考书。由于作者水平所限，书中难免存在问题和不足，欢迎读者批评指正。希望本书的出版为我国核燃料人才培养、核燃料专业知识的科普起到积极的推动作用。
编者著
2016年5月

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