鈾礦開采

在大多數(shù)巖石中，甚至在海水中，都能找到少量的鈾。鈾礦在許多國家運營，但85%以上的鈾是在六個國家生產(chǎn)的：哈薩克斯坦、加拿大、澳大利亞、納米比亞、尼日爾和俄羅斯。

歷史上，常規(guī)礦山(例如露天或地下)是鈾的主要來源。在采礦之后，我們會把礦石放在磨礦機中破碎，然后往磨礦機中加水，以產(chǎn)生細礦石顆粒和其他材料的漿料。最后用硫酸或堿性溶液浸出漿液以溶解鈾，而剩余的巖石和其他礦物則不溶解。

但是，現(xiàn)在世界上一半以上的鈾礦都使用一種稱為原位浸出的方法，該方法可以在沒有任何重大地面干擾的情況下完成開采。該方法把堿、酸或其他氧化溶液注入鈾礦中循環(huán)，以把鈾溶解在溶液中，最后再把鈾溶液泵到地表上。然后，從礦井中提取的鈾溶液被分離、過濾和干燥，制成氧化鈾濃縮物，也就是通常所說的“鈾黃餅”。

鈾的濃縮

絕大多數(shù)的核反應堆使用同位素鈾235作為燃料，然而它只占開采的天然鈾的0.7%，剩下的基本上都是不參與核反應的鈾238。為了使鏈式反應正常發(fā)生，我們必須通過一種稱為鈾濃縮的過程來增加鈾235。這將使鈾235的濃度從0.7%增加到3%到5%之間，這是大多數(shù)核反應堆使用的水平。

少數(shù)反應堆使用天然鈾作為燃料，最著名的是來自加拿大的CANDU反應堆，這些鈾不需要進行濃縮。

濃縮過程要求鈾以氣體形式存在。這是通過一種稱為轉(zhuǎn)化的過程來實現(xiàn)的，即鈾氧化物在相對較低的溫度下轉(zhuǎn)化為一種不同的化合物：六氟化鈾。六氟化鈾被送入離心機，離心機有數(shù)千個快速旋轉(zhuǎn)的垂直管，將鈾235和稍重的同位素鈾238分開。

離心分離機將鈾分成兩股：一股是鈾235的富集氣體，另一股是由含有較低濃度鈾235組成的氣體，這種鈾被稱為貧鈾。貧鈾可以用在裝甲武器上，例如坦克。

核燃料的制造

濃縮鈾被運送到燃料制造廠，在那里被轉(zhuǎn)化成二氧化鈾粉末。然后這種粉末被壓成小燃料球團，加熱后制成堅硬的材料。隨后，這些顆粒被插入到燃料棒的細管中，然后將它們組合在一起，形成燃料組件。每個燃料組件使用的燃料棒數(shù)量從大約90個到超過200個不等，這取決于反應堆的類型。一旦裝載完畢，燃料通常會在反應堆堆芯內(nèi)停留數(shù)年。

1000兆瓦的壓水堆每年需要大約27噸鈾，這個規(guī)模大概是5萬個燃料棒中裝入800萬個燃料球。相比之下，一個同等規(guī)模的煤電站需要250萬噸以上的煤來產(chǎn)生同樣多的電力。