天然铀矿被开采出来以后,初加工多采用“水冶法”提炼。通俗的讲,就是“加入其他配料水煮”,加工后得到的产品一般是重铀酸铵,呈现黄色块状或者粉末状,俗称“黄饼”。黄饼的放射性仍然较低,加工工人仍然只需穿戴防护级别较低的工作服。 黄饼提纯后,再被送到专门的铀浓缩工厂,加工成六氟化铀,采用气体离心机提高纯度。当铀浓度被提高到4%左右,再把这种铀混合物粉末,烧结成的二氧化铀陶瓷芯块(相当于把陶土烧成陶瓷)。铀瓷芯块为直径1厘米,高度1厘米的圆柱体。几百个芯块叠在一起装入直径1厘米,长度约4米,厚度为1毫米左右的细长锆合金材料套管内,最终制成一根可以进入反应堆进行“核燃烧”的燃料棒。 加工后的二氧化铀陶瓷块的放射性仍然不高,甚至还可以被加工工人用手直接拿起了。 打个通俗的比喻:若我们把二氧化铀燃料块,看做一块还没有放进炉子里燃烧的“煤块”,那么这种“煤块”,即不烫手也不会烫人——即辐射性仍然较低。但一旦把这些“煤块”放进核炉子里(即反应堆)中“点燃”,被烧的通红,那么他们就非常危险了,绝对不能再直接无防护接近。因为辐射性被“点燃了”,而且核反应后的燃料棒里,将产生非常多的具有极强放射性的新元素,比如镭、钚、钴等等!切尔诺贝利和日本福岛的核事故之所以致命,就是因为他们都是在大批核燃料棒被烧的通红,放射性最强的时刻,被炸的到处都是! 即使把取出的乏燃料棒冷却几年,仍然具有很强的放射性——等于这些特殊的“煤块”,一旦被点燃,是很难自然熄灭的。这么理解,就比较容易。 反应堆中的核燃料棒,是先几十根集中在一起,放入一个长方框框架束缚起来,再把多个方框排列好,依次放入反应堆的核心。可以理解成“把多根柴捆绑成一捆柴”,然后再把157或者177捆柴火,一起竖着放进“炉膛里燃烧”。 这些燃料棒群中间,还穿插插入石墨减速棒群。石墨可以吸收中子,根据插入的深浅,决定核反应的核反应功率——若石墨棒全部升起(抽出),则反应堆进入全功率核反应,但由于铀浓度很低,也不到临界体积,并不会引发原子弹式的核爆炸。 若把石墨棒群完全插入燃料棒群之间,则反应堆会很快停止链式反应,这就是停堆。 停堆又分为紧急停堆和换料停堆。紧急停堆是由于自然灾害或者事故发生;而换料是正常停堆。停堆后,打开反应堆核心容器的上盖,再用反应堆上方的吊车,将燃料棒方框一块块抽出、吊起来,再移入冷却水池冷却,然后给堆芯装入全新的燃料棒方框。民用核电站的每个反应堆,一两年内就要全面更换新的燃料棒。 我们都知道,点煤炉子要用引火柴。核反应堆同样需要最初的“点燃棒”,这就是采用一根或者几根铀浓度达到10—20%的特殊燃料棒,插入低浓度的燃料棒中间,“点燃”其他燃料棒。其原理是,利用高浓度燃料棒产生的频率更高的中子辐射,来引发其他燃料棒的链式反应,很像点煤炉子用木柴引燃。
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