钍燃料钍燃料循环

发布网友 发布时间：2024-08-30 18:12

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热心网友 时间：2024-08-30 18:15

钍燃料循环主要依赖于富含钍的独居石资源，这种矿物经过提炼能制成核子纯度极高的钍。其燃料生产流程通常以Th(NO3)4.4H2O为原料，配合浓缩铀、239Pu或233U，作为初始的裂变能源。

燃料元件的制造过程涉及将原料转化为化学化合物，如ThO2或ThC2，进而制成燃料丸或棒，如ThO2-UO2或ThC2-UC2，然后装入Zircaloy-2或铝合金护套中，形成完整的燃料元件。在反应器中，这些元件接受辐射照射，通过燃料的消耗和中子的过剩反应，将钍转化为233U。

燃料在反应器中通常使用约三至四年，然后移出冷却，期间可能先置于水池中冷却三至四个月，让半衰期较短的放射性元素衰减。处理过的燃料会被装入有坚实屏蔽的钢桶，送至燃料再处理厂。运输过程中，桶体需严格设计，符合原子能法规，防止放射性物质泄露。

再处理过程中，燃料棒会通过机械切割和溶解，但钍的溶解性较差，需添加HF。铀和钍的化合物会带来腐蚀问题，解决方法是使用铝。最后，采用Thorex法分离钍和铀-233，通过萃取和沉淀处理废液，回收有价值的部分。

然而，废料处理是一项复杂且具有挑战性的任务。易裂燃料的再处理可以降低发电成本和资源浪费，但废液中的长半衰期放射性物质需谨慎处理。挥发性产物可通过活性炭吸收，而长半衰期核种则需经过储存、浓缩和固化等步骤。玻璃固化法是主流方法，但成本和技术难题仍需克服。

对于极高放射性废料，有人提出将之发射到外太空或利用核反应器进行核变换，但这些方案目前面临技术和经济上的挑战。因此，处理放射性废料是核能工业的重要课题，需要科研人员的共同努力来解决其对环境和核能利用的影响。

钍燃料，指能制造可以能取代铀-235的核燃料铀-233的钍-232。钍资源中产量最多的矿物为独居石（monazite），一般钍含量为1～15％。首先将独居石以硫酸或氢氧化钠溶解，加以过滤、沉淀，再以溶解，最后以有机溶剂萃取出来成钍，但因在矿石中常与某些具极大捕获截面的稀土元素如Gd、Sm、Eu、Dy等并存，故需加以精炼，主要使用有机溶剂萃取法，接着使用离子交换法，以制成核子纯度级的钍。