核燃料循環(huán)是核燃料獲得、使用、處理和回收利用的全過(guò)程。一般包括鈾資源開(kāi)發(fā)和核燃料加工（前端）、核燃料在反應(yīng)堆中使用、乏燃料處理（后端）三大部分。反應(yīng)堆是核燃料循環(huán)的中心環(huán)節(jié)，燃料組件是反應(yīng)堆的心臟或核心。 示意圖 前端 1.鈾礦地質(zhì)勘探 鈾是核工業(yè)最基本的原料。鈾礦地質(zhì)勘探的任務(wù)，是查明和研究鈾礦床形成的地質(zhì)條件，闡明鈾礦床在時(shí)間上和空間上分布的規(guī)律，運(yùn)用鈾礦床形成和分布的規(guī)律指導(dǎo)普查勘探，探明地下的鈾礦資源。 地殼中的鈾，以鈾礦物、類(lèi)質(zhì)圖像（形成含鈾礦物）和吸附狀態(tài)的形式存在。由于鈾的化學(xué)性質(zhì)活潑，所以不存在天然的純?cè)亍ｂ櫟V物主要是形成化合物。目前已發(fā)現(xiàn)的鈾礦物和含鈾礦物有200種以上，其中只有10余種鈾礦物具有實(shí)際的開(kāi)采價(jià)值。 鈾礦床是鈾礦物的堆積體。鈾礦床是分散在地殼中的鈾元素在各種地質(zhì)作用下不斷集中而形成的，也是地殼不斷演變的結(jié)果。查明鈾礦床的形成過(guò)程，對(duì)有效的指導(dǎo)普查勘探具有十分重要的意義。 鈾礦普查勘探工作的程序，包括區(qū)域區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、普查和詳查、揭露評(píng)價(jià)、勘探等相互銜接的階段。同時(shí)還伴隨一些列的基礎(chǔ)地質(zhì)工作，如地形測(cè)量、地質(zhì)填圖、原始資料編錄、巖石礦物鑒定、樣品的化學(xué)與物理分析、礦石工藝試驗(yàn)等。 2. 鈾礦開(kāi)采 鈾礦開(kāi)采是生產(chǎn)鈾的第一步。任務(wù)是把工業(yè)的鈾礦從地下礦床中開(kāi)采出來(lái)，或?qū)⑩櫧?jīng)化學(xué)溶浸，生產(chǎn)液體鈾化合物。鈾礦的開(kāi)采與其他金屬物質(zhì)的開(kāi)采基本相同，但是由于鈾礦有放射性，能放出放射性氣體（氡氣），品位較低，礦體分散和形態(tài)復(fù)雜，所以鈾礦開(kāi)采又有一些特殊的地方。 鈾礦開(kāi)采方法主要有露天開(kāi)采、地下開(kāi)采和原地浸出采鈾三種方法。 5、 鈾提取工藝（水冶） 鈾提取工藝的基本任務(wù)是將開(kāi)采出來(lái)的礦產(chǎn)加工富集成含鈾較高的中間產(chǎn)品，通常稱(chēng)為鈾化學(xué)濃縮物，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步強(qiáng)化，加工成鈾氧化物作為下一步工序的原料。 常規(guī)的鈾提取工藝一般包括，礦石品味、磨礦、礦石浸出、固液分離、鈾提取（鈾提純）、沉淀等工序。 礦產(chǎn)開(kāi)采出來(lái)后，經(jīng)過(guò)破碎磨細(xì)，使鈾礦物充分暴露，以便于浸出，然后在一定的工藝條件下，借助一些化學(xué)試劑與其他手段將礦石中有價(jià)值的成分選擇性的溶解出來(lái)。有兩種浸出方法：即酸法和堿法。 礦石浸出后的礦漿中含有礦石尾渣，需要通過(guò)一定的方法將固體（浸出尾渣）和液體（浸出液）分離開(kāi)來(lái)，常用的方法有過(guò)濾、離心和沉降。固液分離可獲得稀濃度礦漿或清液。 浸出液中，不僅鈾含量低，而且雜志種類(lèi)多，含量高，必須將這些雜志去除才能達(dá)到核電要求。這一步溶液純化過(guò)程，有兩種方法可供選擇，離子交換法（又稱(chēng)吸附法）和溶劑萃取法。沉淀出鈾化學(xué)濃縮物的工藝工程是水冶生產(chǎn)的最后一道工序，沉淀方法有中合法和過(guò)氧化氫沉淀法。沉淀物經(jīng)洗滌、壓濾、干燥后即得到水冶產(chǎn)品鈾化學(xué)濃縮物，又稱(chēng)黃餅。 6、 鈾濃縮生產(chǎn)技術(shù) 根據(jù)U-235和U-238相對(duì)原子質(zhì)量不同，對(duì)鈾同位素進(jìn)行分離，使鈾-235富集提高的處理即為濃縮。現(xiàn)代工業(yè)上采用的濃縮方法是氣體擴(kuò)散法、氣體離心法和激光分離法。濃縮處理是以六氟化鈾形式進(jìn)行的，分離后余下的尾料，即含鈾-235約0.3%的貧化鈾可作為貧鈾彈的材料等。 7、 反應(yīng)堆用的燃料元件 經(jīng)過(guò)提純或同位素分離后的鈾，還不能直接用于核燃料，還要經(jīng)過(guò)化學(xué)、物理、機(jī)械加工等復(fù)雜而又嚴(yán)格的過(guò)程，制成形狀和品位各異的元件，才能供各種反應(yīng)堆作為燃料來(lái)使用。這是保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。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(huán)狀、板狀、條狀、球狀、棱柱狀元件；按反應(yīng)堆分，有試驗(yàn)堆元件、生產(chǎn)堆元件、動(dòng)力堆元件。 核燃料元件種類(lèi)繁多，一般都由燃料芯體和包殼管組成。核燃料元件由燃料組件和相關(guān)組件構(gòu)成，燃料組件用于裂變釋放能量；相關(guān)組件有控制棒組件、可燃毒物組件、中子源組件及組流塞組件，為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的控制起到各自的作用。 核燃料元件在反應(yīng)堆中的工況十分惡劣，長(zhǎng)期處于強(qiáng)輻射、高溫、高流速甚至高壓的環(huán)境中，因此，芯體要有優(yōu)良的綜合性能。對(duì)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(nèi)，不能破損、因此核燃料元件制造是一種高科技含量的技術(shù)。 8、 燃料元件在反應(yīng)堆中的“燃燒” 核電站就是利用一座或若干動(dòng)力反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來(lái)發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動(dòng)力設(shè)施，反應(yīng)堆是核電的關(guān)鍵設(shè)備，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在其中進(jìn)行。核燃料元件在反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量的熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，電就源源不斷的產(chǎn)生，通過(guò)電網(wǎng)送到四面八方。 后端 核燃料后端包括燃料元件（指乏燃料）在堆內(nèi)貯存、運(yùn)輸、中間貯存、后處理（回收利用）及永久性的地質(zhì)處置。 乏燃料是指在反應(yīng)堆中進(jìn)行反應(yīng)后卸出的燃料。乏燃料不能直接進(jìn)行后處理，需進(jìn)行一段時(shí)間的堆內(nèi)貯存及中間貯存，達(dá)到冷卻的目的。 針對(duì)反應(yīng)堆卸下的乏燃料有著不同的管理措施，主要分為兩種策略： ① 一次通過(guò)。乏燃料卸出后經(jīng)堆內(nèi)貯存及中間貯存，直接（或經(jīng)切割）包裝后作為廢物送入深地質(zhì)層處置或長(zhǎng)期貯存。 ② 閉式循環(huán)。乏燃料冷卻后通過(guò)后處理等一系列過(guò)程使得核燃料使用過(guò)程閉合循環(huán)。 