核工業(yè)是20世紀產(chǎn)生和發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè),是世界最偉大的工程成就之一。中國是世界上少有的具有完整的核工業(yè)體系的國家之一。
1955年1月,中央作出了中國要發(fā)展原子能事業(yè)的偉大戰(zhàn)略決策,開始創(chuàng)建我國的核工業(yè)。從此,炎黃子孫在華夏熱土上開始了前所未有的偉大工程。
1958年我國建成了第一座研究性重水反應堆和第一臺回旋加速器,標志著我國進入了原子能時代。而后相繼建立了鈾水冶廠、同位素分離廠、鈾轉(zhuǎn)換廠、核燃料元件制造廠、后處理廠和一批研究設計院所。1964年10月,我國成功地爆炸了第一顆原子彈;1967年6月,又成功地爆炸了第一顆氫彈。從原子彈爆炸試驗成功到氫彈爆炸試驗成功,我國用了兩年零8個月的時間,比美國、蘇聯(lián)、英國、法國快得多。與此同時,1971年,我國第一艘核潛艇順利建成下水。這些舉世矚目的成就,大大提高了我國的國際地位和綜合國力。1999年9月18日,中共中央、國務院、中央軍委授予為研制“兩彈一星”做出突出貢獻的23位科技專家“兩彈一星功勛獎章”,其中有10位是核科學家。
核燃料循環(huán)工業(yè)是建立和發(fā)展核工業(yè)的基礎。核燃料循環(huán)包括核燃料進入反應堆前的制備和在反應堆中的裂變及以后處理的整個過程。進入反應堆前的過程為核燃料循環(huán)的前段,而從反應堆卸出后的處理和處置為核燃料循環(huán)的后段。 核燃料循環(huán)前段的第一個環(huán)節(jié)是鈾礦的普查勘探,包括查明鈾資源,勘探鈾礦床,提交鈾儲量。我國核工業(yè)部門1958年就向國家提交了第一批鈾儲量,1960年先后提交開采基地8處。經(jīng)過半個世紀的努力,已提交了花崗巖型、火山巖型、砂巖型和碳硅泥巖型為主的相當可觀的鈾資源。近年來,開展了可地浸砂巖型鈾礦的找礦工作,并落實了鈾的資源基地。
第二個環(huán)節(jié)是鈾礦石的采冶,包括鈾礦石的開采、加工和鈾的精制。把具有工業(yè)價值的鈾礦石從礦床中開采出來,然后加工成核純的重鈾酸銨、三碳酸鈾酰銨、八氧化三鈾、二氧化鈾,為進一步制備各種類型的核燃料提供原料。我國在鈾礦冶創(chuàng)建初期,就實現(xiàn)了從礦石到二氧化鈾的工業(yè)生產(chǎn)。目前,鈾的地下浸出、堆浸和原地爆破浸出新工藝都已投入生產(chǎn),其產(chǎn)量占我國天然鈾年總產(chǎn)量的70%。
第三個環(huán)節(jié)是鈾的同位素分離,即鈾-235的富集,以得到所需富集度的鈾-235。我國的鈾同位素分離開始采用的是氣體擴散法。在進行氣體擴散前,首先要將固態(tài)的二氧化鈾(UO2)經(jīng)過鈾轉(zhuǎn)換廠轉(zhuǎn)化成六氟化鈾(UF6)氣體。然后利用氣體擴散將分子量存在著細微差別的235UF6和238UF6分開。20世紀90年代,我國完成了由擴散法向離心法的過渡。采用氣體離心法,其單位分離功耗電只是氣體擴散法的5%,成本下降了75%。
第四個環(huán)節(jié)是核燃料元件的制造。核燃料元件是反應堆的核心部件。在制造核燃料元件之前,需要將一定富集度的氣態(tài)UF6轉(zhuǎn)化成固態(tài)的UO2或金屬鈾,然后再加工成各種元件及其組件作為反應堆的燃料。我國先后研制和生產(chǎn)了生產(chǎn)堆、研究試驗堆、潛艇核動力堆和核電站用的燃料元件,并已實現(xiàn)了小型、中型、大型核電站燃料元件制造的系列化和國產(chǎn)化。
核燃料循環(huán)的后段包括反應堆用過的乏燃料的中間貯存、核燃料的后處理、放射性廢物的處理和最終處置等過程。也有的國家采用“一次通過式”,即不進行后處理,而是將乏燃料經(jīng)中間貯存后,直接(或經(jīng)切割后)包裝,埋藏在深地層最終處置。
后處理是將乏燃料中的鈾和钚分別提純出來作為新的核燃料使用。我國的后處理事業(yè)由沉淀法起步,以后改進為萃取法,趕上了世界先進水平。
放射性廢物分為低放、中放和高放廢物。目前對短壽命低中放廢物采用近地表處置,對長壽命低中放廢物和高放廢物采用深地層埋藏處置。我國的低放廢物瀝青固化、水泥固化技術和中放廢物深地層壓裂技術均已開發(fā)成功并投入運行。對長壽命強放射性的高放廢物,正在進行深地層埋藏的場址預選,并通過鉆探取得了階段性的成果。與此同時,正在研發(fā)最終處理高放廢物的先進方法———分離-嬗變法,并取得了具有國際先進水平的成果。