精品伊人久久大香线蕉,开心久久婷婷综合中文字幕,杏田冲梨,人妻无码aⅴ不卡中文字幕

(1) 反應堆輻照

    核反應堆既可作為科學研究裝置，也可作為一種生產設備。有動力堆，有生產堆。核反應堆工作原理如圖3.11所示。

    反應堆里裂變放出的中子，經過減速劑降低能量變成慢中子。這些慢中子，有的與鈾-235發生裂變，釋放大量能量和繼續放出中子；有的則被鈾-238俘獲而生成超鈾元素。鎘是專門吸收中子的，控制棒插入深，被吸收的中子多，參加反應的中子就少，裂變功率降低；反之，裂變功率就提高。監測反應堆功率，適當調節控制棒的深淺，就可保證反應堆安全運行。

圖3.11    核反應堆工作原理示意圖

    建造反應堆是一項復雜的工程，它涉及核物理、中子物理、熱工學、放射性防護和放射性廢物處理等學科。由于核能的廣泛應用，需要建造各式各樣的核反應堆，因此在大學里專門設置有“反應堆工程”專業。圖3.12是熱中子增殖堆容器剖面圖，它是反應堆的核心部分。

圖3.12    熱中子增殖堆容器剖面圖

    一個鈾-238原子核，俘獲一個中子變成鈾-239。在幾天中，鈾-239自發地經過兩次b衰變變為钚-239。

n + 238U ? 239U + g

239U ? 239Np + e- + n     （半衰期24分）

239Np ? 239Pu + e- + n    （半衰期2.35天）

    钚-239是個高度可裂變的同位素。1940年在美國發現了這種元素后，他們很快建造了生產钚的反應堆，用于制造原子彈。

    把金屬鈾放在反應堆中照射后，產生的同位素經過化學方法分離出钚-239。這種化學分離方法，比物理方法分離鈾-235要容易些。化學分離過程必須在兩種非常困難的條件下進行：

①即使是極少量（幾克）的钚，也必須從幾噸重的鈾燃料棒中分離出來。

②钚的毒性極大，必須注意防護。

(2) 輻照冷卻期

    當反應堆中的鈾-238經過足夠時間的照射，生成相當數量的钚-239后，將輻照過的燃料元件從反應堆內取出，并放入水中貯存2～4個月。在此期間，強放射性的裂變產物經衰變后，其放射性大大減弱；與此同時，早先由鈾-238形成的镎-239，也大多轉變成钚-239。這段貯存期稱為冷卻期。

(3) 分離钚-239

    采用化學方法。輻照燃料經過冷卻后，可用若干不同的方法將钚與鈾和裂變產物分離開。化學方法是通常用于大規模生產的方法。钚能以幾種不同的氧化態或化學價態存在，而且在某些化合價時其化學性質與鈾的完全不同。根據這一特點，預先配制一種溶液，使其中钚和鈾具有不同的氧化態和不同的化學性質。然后選擇沉淀法或溶劑萃取法便可以相當容易地分離出钚。常用磷酸三丁脂(簡稱TBP)–煤油作溶劑。它們的反應式如下：

    反應式中，硝酸溶液稱水相，TBP稱有機相。反應生成的溶劑化合物UO2 (NO3)2 · 2TBP和Pu(NO3)4 · 2TBP溶于有機溶劑而不溶于水。溶劑中，鈾主要以六價鈾酰離子的形式存在，而钚大部分以正四價钚離子存在。萃取過程如圖3.13所示。

圖3.13    溶劑萃取過程

    在萃取前，一層是TBP-煤油有機相，另一層是含鈾、钚和裂變產物的硝酸水溶液，即水相。將這兩相充分混合接觸，再放置一段時間，又將分成兩層。這時有機相中主要含有鈾、钚，而裂變產物則大部分留在水相中。這樣第一步實現了鈾、钚與裂變產物的分離。

    第二步實行反萃取。即將含有鈾和钚的有機溶液與稀硝酸充分混合接觸，大部分鈾和钚將重新轉移到水中。

    萃取是一個動平衡過程。物質在互不相溶的兩相液體中達到萃取平衡時，它在有機相中的濃度與在水相中的濃度的比值，叫做分配系數。分配系數表示被萃取物進入有機相的能力，分配系數越大，表示它進入有機相的部分越多，留在水相的越少。某物質分配系數的大小，除與本身性質和萃取劑的性質有關外，還與萃取體系的其他條件有關，其中包括平衡時該物質在水相或有機相中的濃度、萃取劑的濃度和飽和度、水相酸堿度、其他物質的濃度以及溫度等等。

    配制合適的萃取劑，使得從鈾–钚硝酸溶液中萃取钚時，钚的分配系數高于鈾的分配系數，可以達到濃縮钚的目的。這樣一步一步地反復進行萃取，就實現了鈾與钚的分離。

    除了化學分離法，還有離子交換法，即用離子交換樹脂從稀釋的水溶液中將钚吸附，使钚與鈾和裂變產物分離。

    還有高溫冶金法，包括蒸餾、熔融金屬萃取和熔鹽萃取等方法。

(4) 還原成金屬

    分離出來的钚大多數是一種钚鹽，必須經過處理以便獲得金屬形式的钚。例如將四氟化钚和還原劑（如金屬鈣）預先混合，然后在高壓爐中加熱，就可把四氟化钚還原成金屬钚。還原后，再經過酸洗，除去雜質，即得到清潔的钚金屬鈕（象鈕扣樣的金屬小塊）。這些金屬钚就可進行熔融、鑄造，以及機械加工了。

    圖3.14是钚的生產流程圖：

圖3.14    钚生產流程圖

    反應堆可以生產多種核材料。鈾-233也是一種很好的裂變燃料。生產鈾-233的過程，是把氧化釷放在反應堆中照射，生成釷-233。釷-233經過兩次b衰變，變成鈾-233。同樣用化學方法把照射產物中的鈾-233分離出來。鈾-233吸收一個中子變成偶數核，裂變勢壘比較低，因此可以用于制作原子彈和反應堆元件。其化學分離工藝與上相同，只不過要選擇和配制不同的萃取溶劑而已。