國(guó)家核安全局對(duì)于核工業(yè)而言，鈾是重要的戰(zhàn)略資源，那么鈾是怎么從礦石變成可以使用的核燃料呢?讓我們一起來了解一下，核燃料是怎樣“煉”成的。
反應(yīng)堆核燃料組件
自然界中的鈾主要有三種同位素：U-238，U-235，和U-234，其中易裂變的U-235是目前主要使用的核燃料。1千克U-235裂變時(shí)所產(chǎn)生的能量相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒后所產(chǎn)生的能量。
鈾礦的特點(diǎn)是品位低、礦體分散、規(guī)模小，含鈾量高于0.05%就有開采價(jià)值。鈾礦石開采出來后，經(jīng)過破碎、研磨、浸出、固液分離、離子交換或溶劑萃取等一系列過程，得到鈾化學(xué)濃縮物，這種初級(jí)產(chǎn)物是鮮艷的黃色，被稱為“黃餅”(yellow cake)。黃餅經(jīng)過進(jìn)一步提純制備成鈾氧化物，再進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化制成二氧化鈾或金屬鈾。這時(shí)的鈾產(chǎn)品中鈾同位素含量與天然鈾相同，即U-235僅占0.71%。也就是說，每1000個(gè)鈾原子中，只有7個(gè)可以利用。要作為核電廠輕水堆的燃料，需要把U-235的濃度提高到2%~5%，之后才能制成芯塊并組裝成核燃料組件。
世界上已建有各種各樣的反應(yīng)堆，它們采用的燃料元件也形式多樣。按反應(yīng)堆類型分，有生產(chǎn)堆元件、動(dòng)力堆元件和研究堆元件等;按元件幾何形狀分，有柱狀、棒狀、板狀、環(huán)狀、球狀和棱柱狀等;按元件組分特征分，有金屬型、陶瓷型和彌散型等。從物理形態(tài)上看，目前反應(yīng)堆使用的核燃料均為固態(tài)，將來隨著等第四代更先進(jìn)核能堆型(如熔鹽堆)的研發(fā)，液態(tài)核燃料也將有望逐步開發(fā)面世。
最后解答一個(gè)大家非常關(guān)心的問題，裝了核燃料的反應(yīng)堆會(huì)不會(huì)像原子彈一樣爆炸?其實(shí)核爆炸取決于很多因素，其中之一就是U-235濃度。制造原子彈用到的是武器級(jí)鈾，U-235的富集度為90%以上。而核燃料的U-235富集度一般為2%~5%，與武器級(jí)鈾還差好遠(yuǎn)呢。這好比啤酒與白酒，酒精濃度決定它是否能被點(diǎn)燃，白酒因酒精濃度高可以點(diǎn)燃，而啤酒則不能。
小貼士：核燃料循環(huán)指的是核燃料從鈾礦勘探開采開始，經(jīng)冶煉純化轉(zhuǎn)化，同位素分離，燃料元件制造，到反應(yīng)堆中發(fā)電、核燃料(乏燃料)后處理回收利用、廢物處置的整套過程。通俗點(diǎn)講，就是核燃料從“生”到“死”所經(jīng)歷的一系列過程。核燃料循環(huán)構(gòu)成了核能工業(yè)的基礎(chǔ)。
