核能原料主要包括以下几类放射性元素及其同位素,这些物质通过核裂变或核聚变反应释放能量:
铀系元素
铀-235 :自然界中最常见的裂变燃料,占天然铀的0.7%,通过浓缩后用于核反应堆。
铀-238 :占天然铀的99.3%,可通过中子俘获反应转变为钚-239。
天然铀 :含铀-235和铀-238,但纯度低,需经过浓缩处理。
钚系元素
钚-239 :由铀-238吸收中子后形成,是高效裂变燃料,但天然含量极少,需通过反应堆生产。
钍-232 :可转化为钚-239,但裂变效率较低。
其他裂变材料
锂-6 :与氘结合形成氘-氚,用于轻水反应堆。
硼-10 :作为核反应控制材料,吸收中子以调节反应速率。
氘和氚
氘 :海水中含量丰富(约1.5%),是轻水反应堆的主要燃料。
氚 :由锂-6吸收中子形成,能量密度高。
锂 :用于制造锂-6氘燃料,同时作为核反应控制材料。
硼 :在核反应堆中作为慢化剂或反应控制剂使用。
天然铀的提取 :通过气体扩散、离心法等工艺将铀-235富集至3%-90%纯度。
次级材料 :包括乏燃料、放射性废物等,需安全存储或处理。
核能原料以铀系元素为主,其中铀-235和钚-239是裂变反应的核心燃料,氘和氚是聚变反应的关键原料。这些物质通过提取、浓缩和加工后,应用于核反应堆或聚变装置,释放巨大能量。