核燃料循環(huán)是核燃料獲得、使用、處理和回收利用的全過程。一般包括鈾資源開發(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元素。鈾礦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程，對有效的指導(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. 鈾礦開采 鈾礦開采是生產(chǎn)鈾的第一步。任務(wù)是把工業(yè)的鈾礦從地下礦床中開采出來，或?qū)⑩櫧?jīng)化學(xué)溶浸，生產(chǎn)液體鈾化合物。鈾礦的開采與其他金屬物質(zhì)的開采基本相同，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，所以鈾礦開采又有一些特殊的地方。 鈾礦開采方法主要有露天開采、地下開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)是將開采出來的礦產(chǎn)加工富集成含鈾較高的中間產(chǎn)品，通常稱為鈾化學(xué)濃縮物，經(jīng)過進(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)開采出來后，經(jīng)過破碎磨細(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。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，需要通過一定的方法將固體（浸出尾渣）和液體（浸出液）分離開來，常用的方法有過濾、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。這一步溶液純化過程，有兩種方法可供選擇，離子交換法（又稱吸附法）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，又稱黃餅。 6、 鈾濃縮生產(chǎn)技術(shù) 根據(jù)U-235和U-238相對原子質(zhì)量不同，對鈾同位素進(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)過化學(xué)、物理、機(jī)械加工等復(fù)雜而又嚴(yán)格的過程，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、動力堆元件。 核燃料元件種類繁多，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力反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設(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，蒸汽推動汽輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)一起轉(zhuǎn)動，電就源源不斷的產(chǎn)生，通過電網(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。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)層處置或長期貯存。 ② 閉式循環(huán)。乏燃料冷卻后通過后處理等一系列過程使得核燃料使用過程閉合循環(huán)。 