核燃料循環及其組成

核燃料循環是核工業體系中的重要組成部分。所謂核燃料循環是指核燃料的獲得、使用、處理、回收利用的全過程。

燃料循環通常分成兩大部分，即前端和后端，它包括鈾礦開采、礦石加工（選礦、浸出、沉淀等多種工序）、鈾的提取、精制、轉換、濃縮、元件制造等；后端包括對反應堆輻照以后的乏燃料元件進行鈾钚分離的后處理以及對放射性廢物處理、貯存和處置。

反應堆用的燃料元件

經過提純或同位素分離后的鈾，還不能直接用作核燃料，還要經過化學，物理、機械加工等復雜而又嚴格的過程，制成形狀和品質各異的元件 ，才能供各種反應堆作為燃料來使用。這是保證反應堆安全運行的一個關鍵環節。按組分特征，可分為金屬型、陶瓷型和彌散型三種；按幾何形狀分，有柱狀、棒狀、環狀、板狀、條狀、球狀、棱柱狀元件；按反應堆分，有試驗堆元件，生產堆元件，動力堆元件（包括核電站用的核燃料組件）。

核燃料元件種類繁多，一般都由芯體和包殼組成。

核燃料元件在核反應堆中的工作狀況十分惡劣，長期處于強輻射、高溫、高流速甚至高壓的環境中，因此，芯體要有優良的綜合性能。對包殼材料還要求有較小的熱中子吸收截面（快堆除外），在使用壽期內，不能破損。因此，核燃料元件制造是一種高科技含量的技術。

乏燃料的后處理

輻照過的燃料元件從堆內卸出時，無論是否達到設計的燃耗深度，總是含有一定量裂變燃料（包括未分裂和新生的）。回收這些寶貴的裂變燃料（鈾-235，鈾-233和钚）以便再制造成新的燃料元件或用做核武器裝料，是后處理的主要目的。此外，所產生的超鈾元素以及可用作射線源的某些放射性裂變產物（如銫-137，鍶-90等）的提取，也有很大的科學和經濟價值。

乏燃料后處理具有放射性強，毒性大，有發生臨界事故的危險等特點，因而必須采取嚴格的安全防護措施。

后處理工藝可分下列幾個步驟：

（1）冷卻與首端處理：冷卻將乏燃料組件解體，脫除元件包殼，溶解燃料芯塊等。

（2）化學分離：即凈化與去污過程，將裂變產物從Ｕ-Pu中清除出去,然后用溶劑淬取法將鈾-钚分離并分別以硝酸鈾酰和硝酸钚溶液形式提取出來。

（3）通過化學轉化還原出鈾和钚。

（4）通過凈化分別制成金屬鈾（或二氧化鈾）及钚（或二氧化钚)。

放射性廢物處理與處置

在核工業生產和核科學研究過程中，會產生一些具有不同程度放射性的固態、液態和氣態的廢物，簡稱為“三廢”。在放射性廢物中，放射性物質的含量很低，但帶來的危害較大。由于放射性不受外界條件（如物理、化學、生物方法）的影響，在放射性廢物處理過程中，除了靠放射性物質的衰變使其放射性衰減外，還須將放射性物質從廢物中分離出來，使濃集放射性物質的廢物體積盡量減小，并改變其存在的狀態，以達安全處置的目的。對“三廢”區別不同情況，采取多級凈化、去污、壓縮減容、焚燒、固化等措施處理、處置。這個過程稱為“三廢”處理與處置。例如，對放射性廢液，根據其放射性水平區分為低、中、高放廢液，可采用凈化處理、水泥固化或瀝青固化、玻璃固化。固化后存放到專用處置場或放入深地層處置庫內處置，使其與生物圈隔離。