新能源百科

广告

核能是可持续发展的能源的原因有哪些?

2011-08-10 16:26:00 本文行家:夏茹雪

据估计,在世界上核裂变的主要燃料铀和钍的储量分别约为490万吨和275万吨。这些裂变燃料足可以用到聚变能时代。

核能核能

       世界上核电国家的多年统计资料表明,虽然核电站的投资高于燃煤电厂,但是,由于核燃料成本远远地低于燃煤成本,相反核燃料反应所释放的能量却远远高于化石燃料燃烧所释放出来的能量,而且核燃料取之不皆,这就使得目前核电站的总发电成本低于烧煤电厂。  

核能是可持续发展的能源

       据估计,在世界上核裂变的主要燃料铀和钍的储量分别约为490万吨和275万吨。这些裂变燃料足可以用到聚变能时代。轻核聚变的燃料是氘和锂,1升海水能提取30毫克氘,在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量,即"1升海水约等于300升汽油",地球上海水中有40多万亿吨氘,足够人类使用百亿年。地球上的锂储量有2000多亿吨,锂可用来制造氚,足够人类在聚变能时代使用。况且以目前世界能源消费的水平来计算,地球上能够用于核聚变的氘和氚的数量,可供人类使用上千亿年。因此,有关能源专家认为,如果解决了核聚变技术,那么人类将能从根本上解决能源问题。

  1. 核工业的主要业务范围

  核工业的主要业务范围包括:铀矿勘探、铀矿开采与铀的提取、燃料元件制造、铀同位素分离、反应堆发电、乏燃料后处理、同位素应用以及与核工业相关的建筑安装、仪器仪表、设备制造与加工、安全防护及环境保护。

  2. 核燃料循环及其组成

  核燃料循环是指核燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。它是核工业体系中的重要组成部分。核燃料循环通常分为前端和后端两部分,前端包括铀矿勘探、铀矿开采、矿石加工(包括选矿、浸出、提取和沉淀等工序)、精制、转化、浓缩、元件制造等;后端包括对反应堆辐照以后的乏燃料元件进行铀钚分离的后处理以及对放射性废物进行处理、贮存和处置。

  3. 铀矿地质勘探

  铀是核工业最基本的原料。铀矿地质勘探的目的是查明和研究铀矿床形成的地质条件,总结出铀矿床在时间上和空间上的分布规律,并用此规律指导普查勘探,探明地下的铀矿资源。普查勘探工作的程序为区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等,同时还要求工作人员进行地形测量、地质填图、原始资料编录等-系列的基础地质工作。

  分散在地壳中的铀元素在各种地质作用下不断集中,最终形成了铀矿物的堆积物,即铀矿床。了解铀矿床的形成过程,对铀矿普查勘探具有十分重要的指导意义。并不是所有的铀矿床都有开采、进行工业利用价值的。据统计,在已发现的170多种铀矿床及含铀矿物中,具有实际开采价值只有14~18%。影响铀矿床工业的两个主要因素是矿石品位和矿床储量。此外,评价的因素还有矿石技术加工性能、矿床开采条件,有用元素综合利用的可能性和交通运输条件等。

  4. 铀矿开采

  生产铀的第一步是铀矿开采。其任务是从地下矿床中开采出工业品位的铀矿石,或将铀经化学溶浸,生产出液体铀化合物。由于铀矿有放射性,所以铀矿开采其特殊方法。常用的主要有三种:露天开采、地下开采和原地浸出。 露天开采一般用于埋藏较浅的矿体,方法剥离表土和覆盖岩石,使矿石出露,然后进行采矿。 地下开采一般用于埋藏较深的矿体,此种方法的工艺过程比较复杂。与以上两种法方法相比,原地浸出采铀具有生产成本低,劳动强度小等优点,但其应用有一定的局限性,仅适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床 。其方法是通过地表钻孔将化学反应剂注入矿带,通过化学反应选择性地溶解矿石中的有用成分--铀,并将浸出液提取出地表,而不使矿石绕围岩产生位移。

  5. 铀矿石的加工

  铀矿石加工的目的是将开采出来的具有工业品位或经放射性选矿的矿加工富集,使其成为含铀较高的中间产品,即通常所说的铀化学浓缩物。将此种铀化学浓缩物精制,进一步加工成易于氢氟化的铀氧化物作为下一步工序的原料。

  铀矿石加工的主要步骤包括:矿石品位、磨矿、矿石浸出,母液分离、溶液纯化、沉淀等工序。

  为了便于浸出,矿石被开采出来后,必须将其破碎磨细,使铀矿物充分暴露。然后采用一定的工艺,借助一些化学试剂(即浸出剂)或其它手段将矿石中有价值的组分选择性地溶解出来。浸出方法有两种:酸法和碱法。由于浸出液中铀含量低,而且杂质种类多,含量高,所以必须将杂质去除才能确保铀的纯度。实现这一过程,可以选择以下两种方法:离子交换法(又称吸附法)和溶剂萃取法。水冶生产的最后一道工序是将沉淀物洗涤、压滤、干燥,然后得到水冶产品铀化学浓缩物,又称黄饼。

  6. 铀的浓缩

  为了提高铀-235浓度所进行的铀同位素的分离处理称为浓缩。通过浓缩可以为某些反应堆提供铀-235浓度符合要求的铀燃料,现今所采用的浓缩方法有气体扩散法、分离法、激光法、喷嘴法、电磁分离法、化学分离法等,其中气体扩散法和离心分离法是现代工业上普遍采用的浓缩方法。浓缩处理是以六氟化铀形式进行的。

  7. 核燃料元件

  经过提纯或浓缩的铀,还不能直接用作核燃料。必须经过化学,物理、机械加工等处理后,制成各种不同形状和品质的元件,才能供反应堆作为燃料来使用。 核燃料元件种类繁多,按组分特征来分,可分为金属型、陶瓷型和弥散型;按几何形状来分,有柱状、棒状、环状、板状、条状、球状、棱柱状元件;按反应堆来分,可以分为试验堆元件,生产堆元件,动力堆元件(包括核电站用的核燃料组件)。

  核燃料元件一般都是由芯体和包壳组成的。由于它长期在强辐射、高温、高流速甚至高压的环境下工作,所以对芯片的综合性能、包壳材料的结构和使用寿命都有很高的要求。可见,核燃料元件制造是一种高科技含量的技术。

  8. 乏燃料的后处理

  经过辐照的燃料元件,从堆内卸出时总是含有一定量未分裂和新生的裂变燃料。乏燃料的后处理的目的就是回收这些裂变燃料如铀-235,铀-233和钚,利用它们再制造新的燃料元件或用做核武器装料。此外,回收转换原料(铀-238,铯-137,锶-90),提取处理所生成的超铀元素以及可用作射线源的某些放射性裂变产物(如铯-137,锶-90等),都有很大的科学和经济价值。但此项工序放射性强,毒性大,容易发生临界事故,所以,在进行乏燃料的后处理时一定要加强安全防护措施。

  后处理工艺一般分为四个步骤:冷却与首端处理、化学分离、通过化学转化还原出铀和钚、通过净化分别制成金属铀(或二氧化铀)及钚(或二氧化钚)。冷却与首端处理是冷却将乏燃料组件解体,即脱除元件包壳,溶解燃料芯块。化学分离(即净化与去污过程)是将裂变产物从U-Pu中清除出去,然后用溶剂淬取法将铀-钚分离并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来。

  9. 三废处理与处置

  在核工业生产和科研过程中,会产生一些不同程度放射性的固态、液态和气态的废物,简称为"三废"。在这些废物中,放射性物质的含量虽然很低,危害却很大。普通的外界条件(如物理、化学、生物方法)对放射性物质基本上不会起作用。因此在放射性废物处理过程中,除了靠放射性物质的衰变使其放射性衰减外,就只能采取多级净化、去污、压缩减容、焚烧、固化等措施将放射性物质从废物中分离出来,使浓集放射性物质的废物体积尽量减小,并改变其存在的状态,以达安全处置的目的。这个过程称为"三废处理与处置"。

分享:
标签: 新能源 核能 | 收藏
参考资料:
百科的文章(含所附图片)系由网友上传,如果涉嫌侵权,请与客服联系,我们将按照法律之相关规定及时进行处理。如需转载,请注明来源于www.baike.com