一、天然铀反应堆有几种
核反应堆,又称原子反应堆或反应堆,是利用装载的核燃料,维持和控制大规模链式裂变反应,并持续不断地将裂变能量带出做功,实现核能——热能转换的装置。
核反应堆的结构形式是多种多样的,根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各类型的反应堆。根据燃料类型的不同,核反应堆可分为天然气铀堆、浓缩铀堆和钍堆;根据用途的不同,可分为研究堆、生产堆和动力堆等几种类型;根据冷却剂(载热剂)材料的不同,可分为水冷堆、气冷堆、有机液冷堆和液态金属冷堆;根据慢化剂(减速剂)的不同,可分为石墨堆、重水堆、压水堆、沸水堆、有机堆、熔盐堆和铍堆等等。虽然核反应堆概念上可以有900多种设计,但目前能实际使用的非常有限。
在未来相当长一段时期内核能将成为人类能源产业的重要支柱,人们完全可以把核反应堆应用于和平事业。现在国际社会关注的朝核问题和伊朗核问题,实际上是冷战对抗的延续,实质是政治问题,只有和平协商才是解决这一问题的唯一出路。
二、天然铀反应堆有两种
25吨天然铀能制10千克核燃料
铀的提取必须用化学试剂把矿石中铀的有用组分转化为可溶性化合物,即把铀从固相转为液相,再经固液分离把含铀的浸出液与矿渣分离,然后用离子交换、萃取、沉淀等方法对含铀浓度低、杂质含量高的浸出液进行铀的浓缩、提取,制得不同形式的铀化学浓缩物,亦即“黄饼
三、天然铀反应堆有哪些
铀的同位素、钚-239、氘、氘
1、核原料一般指未经过提炼成核燃料的物质。核裂变与核聚变所使用的原料是不同的。
2、 核裂变材料主要就是铀235和钚239。其中铀235是从天然铀里面提纯出来的,通过气体扩散法或离心法,将天然铀中浓度仅0.7%的铀235提纯到3%左右就可以做核反应堆的发电用,进一步提纯到90%左右,就可以作为武器级核材料用于生产原子弹。
3、而另一种核材料是钚239,它通常是通过生产型反应堆(比如石墨反应堆和重水堆)生产出来的。
4、氘主要存在于重水中,而重水可以用化学交换法、蒸馏法和电解法生产。氚主要是通过反应堆照射或加速器来生产。
四、反应堆铀浓度
核电站和核武器是有着实质区别的。核弹对于燃料纯度要求极高,其中铀-235的浓度达到90%以上,才算是一枚合格的核弹。
而核电站反应堆中,铀的浓度一般不超过5%,所以对于核电站来说,核反应堆是根本不可能爆炸的。
五、天然铀核反应堆
1.准备反应堆
首先你当然需要先把核反应堆给做出来(能源&电力-核反应堆),以及一个反应堆接口(能源&电力-反应堆接口)。
2.准备
原料核反应堆的燃料是铀、镎、高能铀。我们能直接合成的只有铀,所以准备一些铀来当做燃料。除此之外,你还需要将浮冰放进冰箱里制作出一些反应堆冷却剂。
3.搭建框架
我们需要一个5x5x5的框架,如图所示。注意下底铺满上顶不铺。
4.围墙
给上面的框架的四周都围上红色玻璃(当然你喜欢用其他方块也行,总之就是围起来,我个人是觉得玻璃好看)。注意依然不要把顶部封了。
5.放置反应堆
在框架底部中央放一个方块,然后放上核反应堆。然后再把方块打掉,让反应堆悬空。
6.水冷用桶装一些水,把整个框架内部空间都填满水,可以一层一层地放,确保没有遗漏。
7.预设接口
将框架的顶部盖好,然后在中间放上反应堆接口。(当然你不做接口也行,但是那样你就需要自己每次都潜到水里手动打开核反应堆来填充原料拿出废料了)
8.填充燃料
右键打开反应堆接口(或者直接右键打开核反应堆),会出现如图1所示的界面,先在右侧放上反应堆冷却剂,然后在左侧放上铀。注意一定要放冷却剂,不然反应堆会爆炸。
9.启动
在反应堆框架四周随便一个面的中心位置,放上一个能量调节器,可以看到能量调节器上开始浮现数字,直到16.38kJ(这个数字是反应堆自身储存的电能,需要更多就要放置一些电容了)。此时你再打开反应堆接口,会发现里面的冷却剂和一个铀不见了,它们被送入了核反应堆进行反应了。
六、铀233反应堆
1. 核反应堆及其组成核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应,从而实现核能—热能转换的装置。
核反应堆是核电厂的心脏,核裂变链式反应在其中进行。1942年美国芝加哥大学建成了世界上第一座自持的链式反应装置,从此开辟了核能利用的新纪元。反应堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。堆芯中的燃料:反应堆的燃料,不是煤、石油,而是可裂变材料。自然界天然存在的易于裂变的材料只有U-235,它在天然铀中的含量仅有0.711%,另外两种同位素U-238和U-234各占99.238%和0.0058%,后两种均不易裂变。另外,还有两种利用反应堆或加速器生产出来的裂变材料U-233和Pu-239。用这些裂变材料制成金属、金属合金、氧化物、碳化物等形式作为反应堆的燃料。燃料包壳:为了防止裂变产物逸出,一般燃料都需用包壳包起来,包壳材料有铝、锆合金和不锈钢等。控制与保护系统中的控制棒和安全棒:为了控制链式反应的速率在一个预定的水平上,需用吸收中子的材料做成吸收棒,称之为控制棒和安全棒。控制棒用来补偿燃料消耗和调节反应速率;安全棒用来快速停止链式反应。吸收体材料一般是硼、碳化硼、镉、银铟镉等。冷却系统中的冷却剂:为了将裂变的热导出来,反应堆必须有冷却剂,常用的冷却剂有轻水、重水、氦和液态金属钠等。慢化系统中的慢化剂:由于慢速中子更易引起铀-235裂变,而中子裂变出来则是快速中子,所以有些反应堆中要放入能使中子速度减慢的材料,就叫慢化剂,一般慢化剂有水、重水、石墨等。反射层:反射层设在活性区四周,它可以是重水、轻水、铍、石墨或其它材料。它能把活性区内逃出的中子反射回去,减少中子的泄漏量。屏蔽系统:反应堆周围设屏蔽层,减弱中子及γ剂量。辐射监测系统:该系统能监测并及早发现放射性泄漏情况。 2. 反应堆的结构形式和分类 反应堆的结构形式是千姿百态的,它根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各类型结构形式的反应堆。目前世界上有大小反应堆上千座,其分类也是多种多样。按能普分有由热能中子和快速中子引起裂变的热堆和快堆;按冷却剂分有轻水堆,即普通水堆(又分为压水堆和沸水堆)、重水堆、气冷堆和钠冷堆。按用途分有:(1)研究试验堆:是用来研究中子特性,利用中子对物理学、生物学、辐照防护学以及材料学等方面进行研究;(2)生产堆,主要是生产新的易裂变的材料铀-233、钚-239;(3)动力堆,利用核裂变所产生的热能广泛用于舰船的推进动力和核能发电。反应堆分类情况见下表。 3. 研究实验反应堆是指用作实验研究工具的反应堆,它不包括为研究发展特定堆型而建造的、本身就是研究对象的反应堆,如原型堆,零功率堆,各种模式堆等。研究实验堆的实验研究领域很广泛,包括堆物理,堆工程、生物、化学、物理、医学等,同时,还可生产各种放射性同位素和培训反应堆科学技术人员。研究实验堆种类很多,例如:游泳池式研究实验堆:在这种堆中水既作为慢化剂、反射层和冷却剂,又起主要屏蔽作用。因水池常做成游泳池状的长圆形而得其名。罐式研究实验堆:由于较高的工作温度和较大的冷却剂流量只有在加压系统中才能实现,因此,必须采取加压罐式结构。重水研究实验堆:重水的中子吸收截面小,允许采用天然铀燃料,它的特点是临界质量较大,中子通量密度较低。如果要减小临界质量和获得高中子通量密度,就用浓缩铀来代替天然铀。此外,还有固体慢化剂研究实验堆、均匀型研究实验堆、快中子实验堆等。 4. 生产堆主要用于生产易裂变材料或其他材料,或用来进行工业规模辐照。生产堆包括产钚堆,产氚堆和产钚产氚两用堆、同位素生产堆及大规模辐照堆,如果不是特别指明,通常所说的生产堆是指产钚堆。该堆结构简单,生产堆中的燃料元件既是燃料又是生产钚-239的原料。中子来源于用天然铀制作的元件中的U-235。U-235裂变中子产额为2—3个。除维持裂变反应所需的中子外,余下的中子被U-238吸收,即可转换成Pu-239,平均烧掉一个U-235原子可获得0.8个钚原子。也可以用生产堆生产热核燃料氚。用重水型生产堆生产氚要比用石墨生产堆产氚高7倍。 5. 动力反应堆世界上动力反应堆可分为潜艇动力堆和商用发电反应堆。核潜艇通常用压水堆做为其动力装置。商用规模的核电站用的反应堆主要有压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆和快堆等。七、铀在核反应堆气什么作用
元素名称:铀(拼音:yóu,英语:Uranium)
元素原子量:238.0
元素类型:金属
元素描述:致密而有延展性的银白色放射性金属。铀在接近绝对零度时有超导性,有延展性。铀的化学性质活泼,易与绝大多数非金属反应,能与多种金属形成合金。铀最初只用做玻璃着色或陶瓷釉料,1938年发现铀核裂变后,开始成为主要的核原料。
氧化态:
MainU+6
OtherU+2,U+3,U+4,U+5
原子体积:(立方厘米/摩尔)
12.59
密度:18.95克/立方厘米
熔点:1132.0摄氏度
沸点:3818.0摄氏度
元素在太阳中的含量:(ppm)
0.001
元素在海水中的含量:(ppm)
0.00313
晶体结构:晶胞为正交晶胞。
晶胞参数:
a=285.37pm
b=586.95pm
c=495.48pm
α=90°
β=90°
γ=90°
发现人:克拉普罗特(M.H.Klaproth)
发现年代:1789年
发现过程:1789年,由德国化学家克拉普罗特(M.H.Klaproth)从沥青铀矿中分离出,就用1781年新发现的一个行星——天王星命名它为uranium,元素符号定为U。1841年,佩利戈特(E.M.Peligot)指出,克拉普罗特分离出的"铀",实际上二氧化铀。他用钾还原四氯化铀,成功地获得了金属铀。1896年有人发现了铀的放射性衰变。1939年,哈恩(O.Hahn)和斯特拉斯曼(F.Strassmann)发现了铀的核裂变现象。自此以后,铀便变得声价百倍。
元素描述:密度19.05±0.02克/厘米3。熔点1132℃,沸点3818℃。共有三种结晶变体:斜方晶体、四方晶体、体心立方体。铀是银白色活泼的金属,可延展、锻造,能和所有的非金属作用(惰性气体除外)。和许多金属作用,生成金属间化合物。空气中易氧化,生成一层发暗的氧化膜,能与酸作用,与234U、235U、238U混合体存在于铀矿中。少量存在于独居石等稀土矿石中。238U的半衰期为45亿年。
元素来源:可用电解法、分解法、还原法等从铀矿中制得。许多种类的岩石都含有铀,但富矿只有沥青铀矿和钒钾铀矿等几种。
元素用途:千百年来铀一直被用作给玻璃染色的色素,然而现在纯金属铀是核反应堆和原子弹中使用的核燃料。少量用于电子管制造业中的除氧剂和惰性气体提纯(除氧、氢)。
元素辅助资料:200年前发现的一种普通的金属元素居然会成为今天核动力和核武器的原料。就是在20世纪40年代以前,这种普通的金属一直被看作是没有什么用处的东西,这就是铀。铀通常被人们认为是一种稀有金属,尽管铀在地壳中的含量很高,比汞、铋、银要多得多,但由于提取铀的难度较大,所以它注定了要比汞这些元素发现的晚得多。尽管铀在地壳中分布广泛,但是只有沥青铀矿和钾钒铀矿两种常见的矿床。人们认识铀正是从这两种矿石开始。
相对原子质量:238常见化合价:+2,+3,+4,+5,+6电负性:0
外围电子排布:5f36d17s2核外电子排布:2,8,18,32,21,9,2
同位素及放射线:U-230[20.8d]U-231[4.2d]U-232[70y]U-233[159000y]U-234(放α[247000y])U-235(放α[700040000y])U-236[23400000y]U-237[6.75d]U-238(放α[4479000000
电子亲合和能:0KJ·mol-1
第一电离能:0KJ·mol-1第二电离能:0KJ·mol-1第三电离能:0KJ·mol-1
单质密度:18.95g/cm3单质熔点:1132.0℃单质沸点:3818.0℃
原子半径:0埃离子半径:0.81(+6)埃共价半径:0埃
名称由来:得名于天王星的名字“Uranus”。
元素描述:致密而有延展性的银白色放射性金属。
原子结构:原子半径/?:原子体积/cm3/mol:12.59离子半径/?:0.52;共价半径/?:1.42;氧化态:6,5,4,3
电子构型:1s22s2p63s2p6d104s2p6d10f145s2p6d10f36s2p6d17s2
八、铀矿反应堆
据报道,1995年全世界消耗的铀为60.1×10~6kgU,与1994年的56.4×10~6kgU相比,消耗量上升6.5%。1995年全世界铀产量与估计的反应堆的需求量之间尚有缺口27.3×10~6kgU。铀在土壤、岩石及河流、海洋都可发现,甚至在人体和食品中都有痕迹量存在。但是浓缩的铀矿却只在很少的地方发现,一般是在坚硬的岩石中,如在地壳中占60%的花岗岩中,其铀含量可达百万分之四。
铀矿开采方法主要有露天开采、地下开采和原地浸出采铀三种方法。原地溶浸采铀法(ISL或ISR)采矿在总产量中的份额一直在稳步增加,主要是由于哈萨克斯坦,2018年占总产量的一半以上。
铀矿的主要开采方法分析。
铀矿资源是重要的能源矿产和战略资源,其重要性不言而喻。但铀矿资源在世界上的分布极不平衡,主要集中于澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯、南非、尼日尔、巴西、中国、纳米比亚和乌克兰等10国,这10国的铀资源储量约占世界铀资源储量的87%。数据显示,2018年全球铀矿产量达53498吨,同比下降10%。
2018年世界十大铀矿产量达26946吨,占据了全球总产量的50%。全球十大铀矿分别为雪茄湖、奥林匹克大坝、湖山、因凯、罗辛、布琼诺夫斯科耶、托库杜克、索麦尔、兰杰、哈拉桑。其中雪茄湖铀矿产量达6924吨,位居全球首位。
九、天然铀燃料
直接从矿石中提取的铀叫天然铀。它是铀-238、铀-235和铀-234的混合物,其中铀-238占99.27%(原子),铀-235占0.714%(原子),剩余的是微量的铀-234。
天然铀是生产浓缩铀的原料,也可用于生产钚。石墨水堆和石塞气冷堆用的天然铀燃料是加有少量合金元素的金属铀,重水堆用的天然铀燃料是二氧化铀陶瓷体。
十、哪种反应堆以天然铀为原料
核电站主要原材料包括:核燃料(铀)及反应堆等核电站的设备与设施。其中,核电站用的燃料是铀。
用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转,电就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方。
铀是原子序数为92的元素,其元素符号是U。在自然界中存在三种同位素,均带有放射性,拥有非常长的半衰期(数十万年~45亿年)。此外还有12种人工同位素(226U~240U)。铀在1789年由马丁·海因里希·克拉普罗特发现。铀化合物早期用于瓷器的着色,在核裂变现象被发现后用作为核燃料 。
核电站相关类型:
1、气冷堆型核电站,反应堆采用天然铀作燃料,用石墨作慢化剂,用二氧化碳或氦作冷却剂。此种反应堆由于一次装入燃料多,因此体积大,造价高。英国和法国曾采用此种堆型。
2、改进型气冷堆型核电站,反应堆所用慢化剂和冷却剂与上述气冷堆型相同,只是燃料采用2.5%~3%的低浓缩铀,因此一次装入的燃料只有天然铀的1/5~1/4(按质量计),从而反应堆体积大大缩小,更换燃料也较简单,并可在较高温度下运行,热效率较高。美国、德国曾采用此种堆型。
3、轻水堆型核电站,反应堆采用2%~3%低浓缩铀作燃料,用水作慢化剂和冷却剂。此种反应堆的体积小,造价低,技术也较容易掌握,世界上85%以上的核电站均采用此种堆型,我国全部采用此种堆型。
![](/static/images/up.png)
![](/static/images/down.png)