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从核废料中还能提取出有用的核原料吗?核从哪里提炼出来的

新新2021-07-13 22:10:19新能源25人已围观

简介谢邀,这件事其实还是和核武器有关系的。在很多核反应堆费料中还是可以继续提炼出一定量的核材料的。我们知道核反应堆中的主要燃料是铀燃料。铀燃料是中低度的浓缩铀。通常的情况下会以燃料块的形式呈现在大家面前。也就是图中镊子夹起的这么一小块。但是要注意的是这个能夹起来的不是铀,铀燃料块的大部分组成成分是石墨和二氧化硅。铀在哪里呢?图中是看不见的。铀被按照上面的的结构制作成了铀燃料颗粒,这种小球体是石墨和二氧化硅包裹的二氧化铀,直径最大也就0.5m

谢邀,这件事其实还是和核武器有关系的。

从核废料中还能提取出有用的核原料吗?核从哪里提炼出来的

在很多核反应堆费料中还是可以继续提炼出一定量的核材料的。

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从核废料中还能提取出有用的核原料吗?核从哪里提炼出来的

我们知道核反应堆中的主要燃料是铀燃料。

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铀燃料是中低度的浓缩铀。

从核废料中还能提取出有用的核原料吗?核从哪里提炼出来的

通常的情况下会以燃料块的形式呈现在大家面前。

从核废料中还能提取出有用的核原料吗?核从哪里提炼出来的

也就是图中镊子夹起的这么一小块。但是要注意的是这个能夹起来的不是铀,铀燃料块的大部分组成成分是石墨和二氧化硅。铀在哪里呢?图中是看不见的。

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铀被按照上面的的结构制作成了铀燃料颗粒,这种小球体是石墨和二氧化硅包裹的二氧化铀,直径最大也就0.5mm,铀燃料块以这种小球体粘连压制而成。

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之后再将若干的铀燃料块封装起来,串入金属管子里面也就是大家熟知的核反应堆燃料棒了。

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铀燃料颗粒里面的铀一般是3-5%的铀235再加上95~97%的铀-238。真正用于反应发电的其实就只是里面的铀-235。铀-238其实是不必要的燃料,根本不参与裂变反应。

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但是反应堆中铀-235裂变的时候并不是“智能化”的操作,裂变产生的中子不是仅仅击中铀-235的原子核,还有很大一部分会击中铀-238的原子核。

这时,铀-238也会有一定概率俘获中子生成更重的元素。经过一系列的反应,铀-238就会转变成钚-239.

钚-239,熟悉武器的人应该知道是什么东西了吧?没错这是制作原子弹核心的一种重要材料。世界上大部分原子弹的核心其实都是钚-239制作的。

由于浓缩铀是将一种元素的两种不同同位素分离出来,因此只能使用物理方法进行分离,这就用到了离心机。浓缩铀本身的材料其实并不值钱,而浓缩铀贵就贵在了“浓缩”过程中大量几万转的离心机所消耗的电能。

浓缩铀的工厂里的离心机是多到一望无际的,但这种工厂每天消耗巨大能量其实也就只能生产几克的武器级(铀-235含量90%以上)浓缩铀。

钚-239就不一样了,由于和铀是两种不同元素,那么就可以很方便的利用化学方法进行提取。很多核设施会利用钚和铀在相同的化学试剂里面反应度不同的方式直接提取出高纯度的钚-239。比起浓缩铀来说特别的经济实惠。

所以说,第一个重要和核废料中的有用物质就是“钚”了。

为了限制核武器的发展,现在很多国家的核反应堆都改成增值反应堆了,其原理简单的说就是反应堆内的中子环境不仅仅满足铀-235裂变的需求,还满足钚-239的裂变需求。这样在反应堆中铀-238转变出的钚-239就直接消耗掉了。这样就不可能利用核废料来生产武器了。

另外一种“核废料”叫做钚-238,这种核废料经常出现在重水反应堆里面。

重水(D20)是重氢(氘)和氧的化合物,通常用来作为核反应堆中的减速剂。

微观的减速效果有点像咱们打台球。中子撞击了氘原子核损失了一些动能,但氘原子核也由于中子的撞击产生了一定的动能。

这时如果获得足够动能的氘原子核撞击了铀238就会产生一个下面的反应:

最终会生产钚238。这个东西挺稳定的,半衰期长达87年。衰变的过程中放出a粒子。但这个东西衰变的时候会释放大量的热量,每公斤钚-238在衰变的时候可以达到560瓦的热功率。

可以想像吗?一公斤的钚238可以在长达50多年的时间持续发出500多瓦的热量。

所以大块的钚-238都是炙热高温的状态——本身冒红光啊。

现在有一种自动搅拌杯,倒入热水后里面的小转子会自动旋转,用的就是一种热差半导体元件,直接将热能转化为能。

钚-238的这个特性,也被用在了一些需要长久发电的机构上。例如人造卫星的核热能电池。这就是利用大块的钚-238衰变放热的特性发电的一种设备。

这种东西广泛的应用在人造卫星和空间飞船上。例如——好奇号探测器。

最后,其实还有一种东西,算是人工添加到核反应堆里面的,就是钴。当钴添加到反应堆中,自然态的钴59吸收中子就会变成钴的同位素——钴60。

这种东西可以放出强烈的伽马射线。

医院里面治疗很多种癌症的的伽玛刀,内部最核心的元件就是钴60做的伽马射线源了。

所以说啊,没有废料,关键在人怎么学会运用这些东西。

Tags: 核废料   取出   有用   核原料  

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