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术语表 · 核电

铀浓缩

把铀中易裂变的 U-235 比例从天然的 0.711% 提高,用于制造反应堆燃料,浓缩度极高时可用于武器。

天然铀含 99.28% 的 U-238 和 0.711% 的 U-235。轻水堆需要 U-235 丰度 3–5% 的低浓铀(LEU);新型燃料可达 5–10%(LEU+)。许多先进反应堆和 SMR 需要 HALEU,即丰度在 5% 到 20% 之间的高丰度低浓铀。超过 20% 为高浓铀(HEU);武器级材料约为 90%。

铀先转化成六氟化铀(UF6),几乎全部用气体离心机浓缩。离心机每个分离功单位(SWU)耗电约 50 kWh,大约是它所取代的气体扩散厂能耗的 2%。

Feed F = P × (xp − xt) / (xf − xt); SWU = P·V(xp) + T·V(xt) − F·V(xf), with V(x) = (2x − 1) ln[x/(1 − x)]

以 0.25% 的尾料丰度生产 1 kg 丰度 4.5% 的低浓铀,约需 8.9 kg 天然铀和 6.9 SWU。一台 1 GWe 压水堆每年消耗约 20–25 t 浓缩燃料,对应约 150,000 SWU 和约 200 t 天然铀。

全球浓缩能力约为每年 6,000 万 SWU,由 Rosatom(约 40%)、Urenco、Orano 和中核集团(CNNC)掌握。美国禁止进口俄罗斯浓缩铀(豁免于 2028 年到期),推动了 Urenco USA、Orano 的 Georges Besse II 扩产,Orano 还计划在田纳西州建厂。

相关术语

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  • 核裂变

    铀-235 或钚-239 等重原子核吸收一个中子后分裂成较轻的原子核,释放约 200 MeV 能量和更多中子。

  • 压水堆(PWR)

    最常见的核反应堆类型,高压水冷却堆芯而不沸腾,并把热量传给独立的蒸汽回路。

  • SMR(小型模块化反应堆)

    单个模块电功率最高约 300 MWe 的核反应堆,设计上在工厂制造、模块化部署,以缩短工期、降低融资风险。

  • 燃耗

    单位初始重金属质量的核燃料释放的热能,通常以每吨重金属吉瓦日(GWd/tHM)表示。

  • 钍燃料循环

    利用可转换的钍-232 吸收中子后衰变成易裂变的铀-233,作为铀–钚燃料替代方案的核燃料循环。