关于燃耗介绍

[拼音]：ranhao

[外文]：burnup

核燃料燃耗的简称。对反应堆中核燃料消耗的度量。燃耗越深，核燃料就利用得越充分。但由于核燃料元件在反应堆运行过程中受到辐射和腐蚀损伤，核燃料裂变产生的、能强烈吸收中子的裂变产物（如氙135、钐149等）不断积累等原因使链式反应难于维持，燃耗不能无限地加深。当燃耗达到一定限度时，就必须更换核燃料元件，以免元件破损并保证反应堆维持正常的链式反应。

核燃料的燃耗有三种表示方法：

（1）裂变百分数，即已发生裂变的核燃料核数占原始核燃料核数的百分数；

（2）贫化百分数，即已发生核反应（通常是裂变反应和俘获反应）的核燃料核数占原始核燃料核数的百分数；

（3）单位重量原始核燃料所产生的能量(兆瓦·日／吨)。由于原始核燃料是各种重核素的混合物（如铀235－铀238－铀234、铀238－钚239－铀235、铀233－钍232等），通常以质量数不小于 232的重核素的量作为原始核燃料的量。核燃料燃耗的测定采用破坏法或无损法。

将乏燃料元件进行切割和化学方法处理，使它完全溶解。再对所得溶解样品中的核燃料和裂变产物进行定量分析和同位素分析，便可计算燃耗。

（1）采用测到的乏燃料中核燃料(质量数不小于232的重核素)的核数及某一选定的裂变产物(该裂变产物称为裂变产物监测体)的核数，便可按下式计算裂变百分数：

式中P为裂变产物监测体的核数；Y为该监测体的裂变产额；Μ为乏燃料中核燃料的核数。

（2）采用测到的同一核燃料样品中可裂变核素在辐照前后数量的变化，可得贫化百分数。以铀作核燃料为例，设铀238变化甚微可以忽略不计，可按下式计算贫化百分数：

式中235N0、235Nr分别为辐照前后同一样品中铀235的核数；N0为原始核燃料铀元素的总核数。

每吨重元素全部裂变放出的热能为106兆瓦·日。所以每吨原始燃料所产生的能量等于裂变百分数×106 兆瓦·日。对于贫化百分数则要扣除对能量无贡献的核反应所消耗的核燃料，如对于铀235，要扣除占总贫化份额约1/7的235U(n，γ)236U俘获反应所消耗的铀235，余下的起核裂变反应的只有约0.86；所以每吨原始燃料所产生的能量等于贫化百分数×8.6×105兆瓦·日。

破坏法测定燃耗常采用的方法有：共沉淀、溶剂萃取、离子交换、蒸馏等化学分离方法，射线的绝对测量和能谱测量，质谱、分光光度、X射线荧光等物理和物理化学分析方法。

不破坏核燃料元件就进行燃耗测定，可以快速地测量大量样品和燃料元件中燃耗的分布情况。采用的方法有：测定易裂变核素或所选定的裂变产物的γ放射性，测定易裂变核素的自发裂变中子，在中子激活下测定易裂变核素裂变时的瞬发中子和缓发中子，测定辐照核燃料元件的β、γ放射性产生的热量等。无损分析测定的误差较大，但随着探测技术的发展，其测量精度正在不断提高。

测定核燃料的燃耗，在核动力的工业应用和核燃料的转换方面都具有重要意义。由于核燃料元件的制造费用昂贵，加深燃耗可以减少燃料元件的更换频率，从而降低发电成本。实际测定燃耗深度有助于确定最佳的核燃料利用方案。对于转换生成的核燃料（钚239、铀233等）在运行过程中的积累量，燃耗值也是一项定量指标，因此它对核燃料的总循环平衡计算也是重要的依据之一。在生产堆中，燃耗深度是控制核武器用钚质量的重要依据。测定燃耗值与核燃料中各种核素的数量、放射性和释热量的关系，对于核燃料后处理厂的设计和正常生产运行也很有意义。