探秘核燃料循环线：祁连山下茫茫大戈壁滩中建成“中国核城”

2017/10/31 15:03:37

核燃料循环是核能系统的“大动脉”。从铀矿勘查、铀矿采冶到纯化转化、铀浓缩、元件制造，再到反应堆、后处理、废物处理与处置，中国是世界上少数拥有完整核燃料循环产业链的国家。
包头、兰州、嘉峪关，记者近日跟随中核集团第三届“核你在一起”核科普开放周采访团一路向西，参观我国核燃料循环体系中的三个重要环节——铀转化、铀浓缩、元件制造，层层揭开我国核燃料循环产业链的神秘面纱。

微信公号 中核集团 图
核燃料闭式循环中的关键一环
中核四〇四有限公司，这个以数字命名的公司一直带有一种神秘的色彩。
这座建在祁连山下茫茫大戈壁滩中的“中国核城”，是我国建设最早、规模最大、体系最完整的核工业综合性科研生产基地。“在建设之初，这里荒无人烟，气候条件恶劣，甚至没有一棵树。”中核四〇四相关负责人这样向记者介绍。
天然铀必须经过好几道工序，才能变成核电站可以使用的元件。“铀矿中有很多杂质和影响核反应的物质，必须经过提纯和精制，制作成天然铀产品。这个提纯过程叫纯化。”中核四〇四的技术专家解释说，“纯化过后的天然铀产品为了进行铀浓缩，必须将天然铀产品转化成可以反应的形态。这个过程就叫转化。”
中核四〇四是我国核燃料闭式循环中的关键一环。这里是中国最重要的核工业生产和后处理基地。
在整个核循环产业链的后端，乏燃料后处理是目前已知的最复杂和最具挑战性的化学处理过程之一。据了解，我国第一座动力堆乏燃料后处理中间试验厂就坐落在中核四〇四，目前已实现从试验向生产的转变。
核电可持续发展的重要保障
经中核四〇四转化而成的六氟化铀产品将被运送到中核兰州铀浓缩有限公司。在这里，天然铀中的铀-235含量会进一步提高。该工艺过程即铀浓缩。
核燃料是核反应堆使用的燃料，大部分核电站都是用低浓缩铀，其中铀-235的含量约为2%-5%，但在天然铀中，铀-235的含量只有0.7%，其余都是铀-238，因此必须提高铀-235的含量。
“目前主流的铀浓缩方法是气体离心法，就是利用高速旋转的离心机产生很强的离心力场，来实现铀-235和铀-238的分离。”中核兰铀相关负责人告诉记者，离心机是铀浓缩最核心的生产设备，也是各国的核心机密。目前开展离心机研究的有美国、日本、英国等十多个国家，真正实现工业化生产的只有少数几个国家。
中核兰铀的主工艺生产线，不允许拍摄、记录。参观时只见主控室的大屏幕上闪烁着各种数据，所有机器运行的状态、参数、产量，都在控制室里进行控制。
铀浓缩技术是衡量一个国家核技术水平高低的重要标志。离心机的高转速、可靠性、耐腐蚀，是要解决的最核心的三大技术难题。中核集团经过长期努力，实现了铀浓缩技术的完全自主创新。
中核兰铀曾为我国实现“四个第一”的壮举做出了突出贡献。现在，这个工厂又肩负起为我国所有核电站提供浓缩铀燃料的重任。从这里生产的浓缩铀，经过再加工，将被源源不断地运到设在各地的核电站。
核电站的能量源泉
核燃料元件是核燃料产业的最终产品，是核电站的能量源泉。那么，铀燃料是怎么成为元件的呢？记者来到位于内蒙古包头市青山区的中核北方核燃料元件有限公司寻找答案。
中核北方是我国首个核燃料元件和核材料科研生产基地，曾为我国“两弹一艇”的研制做出了重大贡献。新世纪以来，这里先后建成了重水堆、压水堆、AP1000和高温气冷堆核电燃料元件生产线，成为我国产品最全的核电燃料元件生产企业。
简单来说，核燃料元件制造大概包括芯块制造、芯块装管、组件组装等多个步骤。
“我们从事的工作是保障核电站安全运行的前两道屏障。”中核北方相关负责人告诉记者，核电站之所以可以安全稳定地运行，不会发生泄漏事故，是因为它有四道安全保护屏障，即燃料芯块、核燃料包壳、一回路压力边界、反应堆安全壳。
记者发现，中核北方部分生产线的工作人员并不需要穿过多的防护服，只需要穿着普通的棉布工作服就可以满足工作要求。他们会受到辐射吗？中核北方压水堆元件厂厂长杨光宇回答道：“核燃料元件厂在生产中使用的原料几乎没有放射性，用一张薄薄的纸就能将辐射挡住。”
据了解，目前我国可以提供各种类型的核燃料元件，已形成宜宾、包头南北两大核燃料元件生产基地，可为国内各类研究堆、核电站提供安全可靠的核燃料元件。