核燃料棒为什么放在水里(极限工作之核燃料运输：1吨乏燃料25吨容器来装，新燃料呢？空手拿)

Posted 2023-05-29

篇首语：最慢的步伐不是跬步，而是徘徊；最快的脚步不是冲刺，而是坚持。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了核燃料棒为什么放在水里(极限工作之核燃料运输：1吨乏燃料25吨容器来装，新燃料呢？空手拿)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

核燃料棒为什么放在水里(极限工作之核燃料运输：1吨乏燃料25吨容器来装，新燃料呢？空手拿)

核燃料运输

01

抢劫核燃料这破事可不只是电影情节。

巴西《环球报》报道，今年3月19日上午，一装满核燃料棒的运输补给车队，正前往位于里约热内卢西部沿海的安格拉核电站。在路过BR-101高速公路时，遭遇“毒枭武装伏击”，并与负责保护核燃料的里约公路巡警队、武装宪兵和特种警察爆发激烈枪战。最后，枪手们在自知火力不敌后迅速逃跑，燃料棒车队也在当天中午准时抵达核电站。

核燃料被坏蛋拿去干嘛咱不晓得，但核电站的正常运转首先离不开的就是核燃料的“吐故纳新”。

新燃料组件（核燃料棒）从制造厂运输到核电站，辐照过的燃料组件（乏燃料）从堆芯中卸出后，在反应堆旁的水池里（乏燃料池）贮存一段时间以后再运离核电站。

这两个过程构成核燃料运输的主体。

核燃料的“吐故纳新”——换芯

当然，乏燃料除了后处理（再溶解回收铀和钚）外，还有可能运送到研究设施进行试验，这些运输过程不在本文讨论范围之内。

先来看看新燃料和乏燃料的属性。

新燃料就是核燃料棒，是可以直接空手拿的，只要简单了解一下它的生产工艺，就可知道其放射性是很低的。

咱们都知道，核燃料的原料是铀，天然铀矿体和铀矿石虽然具有一定放射性，但经过地球45亿年的衰变，天然铀的放射性已经很低。负责开采和提炼铀矿石的工人们，都只是穿戴工作服和普通口罩，就能起到很好的防护作用。

天然铀主要对外偶然性地释放阿尔法射线，这种射线是氦原子的质子核，只需一张A4纸，就可以挡住。人的衣服和皮肤完全可以隔绝，不会对人体内部组织造成影响。

天然铀被开采出来后先用“水冶法”提炼，得到重铀酸铵，为黄色块状或粉末状，俗称“黄饼”，放射性仍然很低。黄饼经提纯后，被送到铀浓缩工厂，加工成六氟化铀，采用气体离心机提高纯度（六氟化铀加热后成为气态，冷却后结晶）。

当铀浓度被提高到4%左右时，把这种铀混合物粉末，烧结成的二氧化铀陶瓷芯块。芯块为直径1厘米，高度1厘米的圆柱体，放射性依旧不高，还是可以直接空手拿。

几百个芯块叠在一起装入直径1厘米，长度约4米，厚度为1毫米左右的细长锆合金材料套管内，一枚燃料棒诞生了。

如果你愿意的话，捧着一大束燃料棒来玩都没问题，乏燃料可就不一样了。

可以空手拿的芯块和燃料棒

咱们常听说的157、177反应堆堆芯，是根据核燃料组件数量和排列布置方式的不同而划分，里面均装有控制棒组件。所谓控制棒就是一根或者几根铀浓度达到10～20%的特殊燃料棒，它们能释放频率更高的中子辐射，引发其他燃料棒的链式反应，就像点燃煤炉用的火柴一样。

核燃料棒被“点燃”后，将产生具有极强放射性的短半衰期新元素，比如镭、铯、碘、钚、钴等。

切尔诺贝利和福岛核事故之所以会造成如此恐怖的放射性污染，正是因为大量核燃料棒在被“烧得”通红，放射性最强的时候，爆炸发生了。

当然在正常情况下，堆芯是不会爆炸的。

核燃料棒燃尽，不再产生足以维持核反应的能量，就变成乏燃料了。从反应堆中取出后，虽然裂变马上就停止了，但乏燃料中裂变产物的衰变热会造成释热危险，并继续产生大量辐射，所以立马转移到堆芯旁边的乏燃料池中，“冷却”时间可达数年。

研究表明，一个从压水堆中卸出的燃料组件即使在“冷却”半年后，仍有近10千瓦的衰变热，还能释放很强的伽玛射线。

可见乏燃料可不是吃素的，人在没有任何防护装备下，就算稍微靠近一点，也完蛋了。

乏燃料池

02

一座百万千瓦的压水堆核电站运行一年时间，大致需要30吨燃料组件的运输量，包含新燃料和乏燃料。

在美国，核燃料运输的安全是核管理委员会（下文简称NRC）和运输部的共同责任。NRC规定了核燃料包装的设计和制造要求，运输部则负责对运输途中的核燃料进行管理。

核燃料托运人审查资格极高，他们需要获得NRC的认证，在需要的情况下能够检查或更换核燃料包装密封件，甚至执行泄漏测试。此外，托运人必须在包装上和包装周围的特定位置进行辐射测量，以确保辐射水平低于要求的限值。

托运人还必须满足运输部对核燃料装运的要求，包括路线选择、车辆状况和标牌、驾驶员培训、包装标记、标签和其他装运文件等。

托运人必须确保核燃料免受放射性破坏。

首先，核燃料本身属于放射性物质，需要根据放射性水平的不同来选择合适的运输容器；

其次，无论是采用公路、铁路、水路、航空哪一种运输方式，需确保通常意义上的交通安全；

再者，要保证即使发生运输事故时，也能够有效地包容放射性物质，保护工作人员、社会公众和自然环境免遭辐射危害；

最后，要确保核燃料在运输过程中不被任何人损坏或劫持。

美国核管理委员会（NRC）

03

上文提及，核燃料棒的放射性水平较低，运输容器的屏蔽要求相对简单。

新燃料组件中的燃料属于易裂变材料，因此运输时需要控制单个货包装载新燃料组件的数目和运输工具内装载货包的数目，采取货包隔离等措施，防止出现临界现象。

由此可见，核燃料棒在运输过程的重点在于对“货包”（燃料运输组件）采取缓冲和防震措施，避免因为振动、冲击而造成损坏。

乏燃料的“待遇”就要高得多了。

由于要对付强伽玛射线和衰变热，运输容器里面有一层不锈钢内壳作为密封压力壳，外面一层是铅屏蔽，铅屏蔽外面再用带有散热和防震肋片的不锈钢外壳保护起来，厚度为5～15英寸。

容器内充满水，便于导热，与此同时，要保证失水时燃料棒的温度也不会超过允许水平。运输容器内装有安全阀和温度、压力测量仪表，在运输途中连续监测。

乏燃料容器虽然紧密密封，但不可能100%阻挡辐射。

容器可提供足够的屏蔽，将外部辐射降低到保护公众和工作人员个人允许剂量的最低水平。乏燃料容器周围有一个低水平辐射场，在设定距离辐射暴露的管理限值为10毫雷姆/小时，这个限度只比普通的胸部X光片稍多一点。

虽然暴露时间会因待在容器旁的时间而有所不同，但在正常运输条件下，个人一次离容器那么近的时间不会超过几秒钟，不会对人体造成任何伤害。

经铁路运输的乏燃料“货包”

04

如果是在美国本土的核燃料运输，公路和铁路是最常采用的运输方式。

卡车装载1～2吨乏燃料时，货包重量约为25吨。铁路货包的重量达180吨，可携带多达25吨的乏燃料。

对于卡车来说，NRC与运输部及商用车安全联盟（CVSA）要求运载乏燃料的卡车和牵引拖车必须符合六级检查要求。

首先，该车只能用于特定的放射性物质运输，包括乏燃料。此外，驾驶员除了持有当前的商业驾驶执照外，还需接受额外的安全和安保程序培训，并接受联邦调查局的背景调查和毒品检测。

对于火车来说，NRC与运输部要求承运人必须在地面检查每俩装有核燃料的轨道车，以确定是否有所需的标记、标签、标牌、封闭装置的固定。

每辆轨道车也要检查是否有被篡改的迹象。在纠正检查中发现的任何问题之前，不得移动或运输轨道车。

无论卡车也好，铁路也罢，运输核燃料容器货包的末端都包裹在称为冲击限制器的结构中，以保护货包。如发生事故，冲击限制器会被压碎，吸收撞击力并保护货包。

NRC制定了乏燃料运输的安全要求，包括部件，如货运车辆上的固定装置、NRC对路线的预先批准、驾驶员和护送培训、与沿线执法官员的安排、部落官员的通知、州长的通知，当武装护送人员穿行人口密集地区，需加强公共卫生安全保障。

经卡车运输的核燃料”货包“

05

NRC要求核燃料的货包设计必须通过一系列正常条件和假设事故的考验。

正常运输条件是指一个货包在常规运输过程中可能遇到的条件，比如暴露在降雨、坑洞和其他常见条件下。使用先进的计算机模型在-40℃～38℃的温度下分析货包，以证明其对不同环境条件的耐受性。

货包会被扔到一个坚硬的表面上，以模拟它从运输车上掉落。坚硬的表面因为变形很小，几乎所有的能量都从撞击物的表面反射回来。这意味着撞击物体在撞击中所受的能量要比落在“正常”表面（如混凝土路面）上的能量大得多。

另外，水会被喷洒在货包上1小时来模拟降雨。这些试验会涵盖绝大多数常规运输条件，用于确定货包在正常运输条件下是否安全。

假设事故条件的测试与正常运输条件下的试验相似，但更为严重。比如：

将货包从30英尺高跌落到坚硬的表面；从4英尺高跌落到6英寸长的钢销上，以测试其对尖锐物体的冲击；将货包置于完全燃烧的火焰中，以测试万一事故引起火灾时的反应；将货包沉入50英尺水中，以确保其水密性，等等。

核燃料货包撞击试验

06

911恐怖袭击后，NRC审查了核燃料运输程序，并制定了几个领域的新要求，包括路线选择和批准（包括安全港）、车辆固定装置、武装护送和其他程序。

（1）NRC审查并批准运输路线，以确保整个路线上与执法人员的预先安排要求是完整和准确的。这确保了地方执法当局能够对事件和援助呼吁作出迅速和协调的反应。

路线计划必须包括预先安排的安全避难所，每50英里一个，以提供临时避难所或紧急援助。可能的安全避难所包括卡车站、休息区、军事设施、公路巡逻营和称重站。

（2）运输车辆要求安装防盗装置，以防止被盗，如果存在安全风险，车辆驾驶员可以将车辆固定。

（3）配备一个24小时运作的人员和设备移动控制中心来监控和控制运输。控制中心还需与当地执法部门沟通，应对正常情况和安全突发事件。

（4）核燃料货包需要密封盖印，印章的完好无损可以证明货包不是由未经授权的人打开的。

（5）途经人口稠密地区要使用武装护卫。装运的时间和日期必须作为敏感的保障信息加以保护，以防止可能威胁装运的任何行为。

在国内，核燃料装入运输容器后，有关部门将根据对沿途交通环境的详细比较分析，选择最佳运输路线，实行全程武装押运，国家还将利用卫星定位系统对运输过程进行在线监控，确保核燃料的运输过程万无一失。

核燃料在运输时被劫？只会出现在老外的电影和现实里呐。

专门运送核燃料的运输车

（本文所有图片来自网络）