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    行业新闻

    探秘中国核电燃料基地:中国铀浓缩产能可满足2020年的核电装机目标

    就像普通火电厂发电依靠燃烧煤炭产生热量,核电站发电依靠的也是一种矿物质—天然铀。

    不同于煤炭可以直接燃烧,天然铀必须需要经过铀开采、纯化和转化、再进行浓缩后,送往核燃料元件制造厂制成核燃料。每个环节都有专业公司进行。

    从甘肃省兰州市区出发,往西约一小时车程后到达西固区,中核兰州铀浓缩公司(下称兰铀公司)坐落于此。在整个核燃料循环产业链中,兰铀公司负责铀浓缩工艺。

    兰铀公司是中国***早建设的核燃料生产基地和核工业浓缩生产“摇篮”,背靠群山,面临黄河的地理位置为其形成了天然屏障。

    兰铀公司原为中国核工业总公司五四厂,先后为中国第一颗*********、第一枚氢弹、第一艘核潜艇、第一座核电站提供了合格的核燃料,在中国核工业体系中占据举足轻重的地位。

    依靠核燃料发生核裂变或核聚变反应产生能量进行发电,是核电站工作的原理。

    目前已有的核电站都利用核裂变反应发电,通常以铀、钚作为核燃料,而中国、美国、法国等核电站以铀为主要核燃料。

    铀是一种稀有的放射性金属元素,也是自然界中***重的金属元素之一,以3种同位素存在,分别为铀234、铀235和铀238,可从铀矿中直接提取。提取出来的铀矿物被称为天然铀,是生产浓缩铀的原料。

    根据测算,1千克铀235放出的热量,相当于2700吨标准煤、200万立方米天然气产生的热量。

    进行地质勘探和铀矿开采,是核燃料的最前端环节,其次是铀的纯化和转化。由于铀矿中有很多杂质和影响核反应的物质,必须提纯和精制,才能制作成天然铀产品,这一过程被称为铀的纯化。纯化过后的天然铀产品还必须经过转化,形成可以反应的形态,再进行铀的浓缩。

    在众多环节中,铀浓缩被称为最为关键的一环。铀有3种同位素,但只有铀235才是真正能做核反应的核燃料。然而,铀235只占到天然铀质量的0.711%,其余大部分为铀238。

    “像目前普遍采用的压水堆,铀235的浓度要浓缩到3%-5%。”兰铀公司党委书记姚新民向界面新闻记者介绍,必须通过铀同位素的分离,来提高铀同位素混合物中铀235的含量,这便是铀浓缩。

    “如果浓度达到90%以上,就可作为核武器的燃料,这也是各国对铀浓缩技术当作核心机密的原因。”

    同位素的分离极为困难,技术要求很高,主要有扩散法、离心法、激光法等方式,而离心法是目前全球采用最为普遍的方法。

    利用离心法分离同位素实现铀浓缩,关键是离心机的制造。离心机产业化不能实现,即使拥有大量铀资源,因不能实现铀浓缩,也就无法生产出核燃料。

    据兰铀公司介绍,中国是目前世界上少数完全掌握该技术的国家之一。

    经过多年的技术攻关,中国完成了铀浓缩技术的升级换代,从扩散法升级到了离心法。

    2013年6月21日,中核集团在兰铀公司宣布,中国核工业关键的铀浓缩技术完全实现自主化和工业化应用,表明中国具备了核燃料生产的自主化工业能力。

    在兰铀公司进行铀浓缩后的铀产品,需要再送往核燃料元件制造厂制成核燃料芯块,就像是过去家家户户所用的煤球或者蜂窝煤。再将燃料芯块装载锆合金管中,封装成燃料棒。

    如此,芯块裂变产生的物质就都能被包在燃料管中。

    这还并未结束,还要将锆合金燃料管组合成一个高近4米的长方体燃料组件,才装入核反应堆内进行发电。

    一座百万千瓦的核反应可以一次装入150多个燃料组件,总重量达几十吨。

    在兰铀公司的铀浓缩主工艺厂房中,界面新闻记者看到,数十万台形似暖水瓶的离心机,整齐排列而成。从外部看并无特殊之处,但其里边则呈现高速旋转的状态,将铀235和铀238分离开来,之后进行富集浓缩。

    离心机使得铀浓缩生产成本大大降低。据兰铀公司高级工程师张敏谦介绍,采用离心法进行铀浓缩,耗电量大概相当于此前扩散法的1/25,综合成本下降近一半。

    目前,兰铀公司已经建成三期铀浓缩项目,正在建设的第四期项目也已进入安装调试。中国核电发展目标是,到2020年核电装机容量达到5800万千瓦。

    张敏谦介绍称,中核集团的铀浓缩产能满足这一装机量不成问题,未来还计划打开国外市场,实现出口。

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