核化工的技术体系与特点

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1、 1核化工的技术体系与特点 郑华铃 中国核工业集团公司科技委 一、背景情况 近年来参加国防科技中长期科技发展规划工作，在与航天、航空、兵器、船舶、电子的专家们一起编制国防科技工业技术体系图时才发现在中核集团内部还找不到一份 核工业技术体系图 。 事情 “历史地”逼到自己头上逼到自己头上，由不得不斗胆试一试。 在国防科技中长期科技发展规划工作中， 常常感觉到核科技有被 “边缘化” 的危险。经过一段时间边工作、边琢磨，渐渐地发现造成“边缘化”危险的原因除了人为因素之外，还有两个重要的技术原因：一是航天、航空、兵器、船舶、电子部门的技术参照系是美国国防部（DOD）（某位负责国防科技总体发展规划的关键

2、人物甚至对具体编制初稿者说，你们编不出来就抄DOD 的） ；而我们中核集团技术上不参照 DOD，有时只参照 DOE（美国能源部） ；二是航天、航空、兵器、船舶、电子属于“离散工业” ，而我们核工业属于“流程工业流程工业” ，参与国防科技总体发展规划编制工作的主要人员对 DOE（美国能源部）和“流程工业”都不熟悉，並且也没打算去熟悉，我只是在他们需要的时候才找了去，参加了几次会，写了一些核科技的材料供他们使用，在这种情况下核科技被“边缘化” 似乎是无法避免的了。 对生产关系的事，我“势单力薄” ，目前国防科技中长期科技发展规划尚未公布，核科技是否最终被“边缘化”还要拭目以待。但关于技NCES04

3、NCES042术体系和流程工业等技术层面的信息，我想借此核化工学会换届大会的机会，向大家汇报一下，希望引起大家的关注。 二、核化工研究与生产的技术体系 2.1 核工业研究与生产技术体系 图 1 是核工业研究与生产技术体系图。 此图分三个层次：顶层顶层 1项是总称； 第二个层次第二个层次有 5 项： 核燃料和核材料研究与生产 ， 核反应堆研究与生产 ， 同位素和辐射应用研究与生产 ， 核工程建设研究与生产 ， 基础研究和技术基础及支撑技术 ；第三个层次第三个层次列有 51 项。这三个层次基本上反映了中国核工业集团公司中国核工业集团公司和中国核工业建设集团公司的现实情况。受篇幅限制，一张图只能画出

4、三个层次。为了说明问题，图 2-5 给出了核化工学会 4 个典型技术领域的分体系框架，每张图上给出了第三、第四、第五甚至第六个层次的项目。如果第三个层次第三个层次所列的51 项技术领域的分体系框架图分体系框架图都被编制完成，汇同图 1 给出的核工业研究与生产技术体系总图总图，就构成比较完整的核工业研究与生产技术体系全图全图。这应该是核工业科技建设中一项重要的基础工作。 技术体系图有利于我们了解核工业技术全貌和构架，在我们做局部工作时想到全体，想到对其它部分的需求和影响。 2.2 乏燃料与后处理研究与生产技术体系 图 2 是乏燃料与后处理研究与生产的分体系框架图，给出了第四、第五、第六个层次的项

5、目。第四个层次的项目有 7 项，如核燃料后段战略与技术路线研究 、 乏燃料储存、运输研究与生产 、 乏燃料后处理工艺研究与生产等。第五个层次的项目有 23 项，如分离嬗变策略 、 乏燃料储存技术 、 后处理工厂设计 、 Purex 流程工艺 、后处理检测仪表等。第六个层次的项目估计应有上百项，图中只画NCES04NCES043出二十几项,如 首端处理工艺与设备 、 后处理工厂设计标准与规范 、工艺流程热试验 、 乏燃料近地表中长期储存技术等。 2.3 铀转化研究与生产技术体系 图3 是铀转化研究与生产体系的分体系框架图，给出了第四、第五个层次的项目。第四个层次的项目有4项： 军用铀转化研究与生

6、产 、 铀同位素分离中的铀转化研究与生产 、 铀燃料元件制造中的铀转化研究与生产 、 后处理中的铀转化研究与生产等。第五个层次的项目有23项，如UF4钙热还原制取金属铀研究与生产 、 重铀酸钠转型除钠研究与生产、 UF6水解脱氟转化成U3O8研究与生产 、 陶瓷UO2稳定化研究与生产 、 IDR干法转化UF6成陶瓷UO2研究与生产 、 UNH硝酸铀酰湿法制备AUC研究与生产 、 UNH一步法脱硝还原制备UO2研究与生产 、 UNH硝酸铀酰湿法制备AUC研究生产等。图中没有画出第六个层次的项目，但估计应有上百项。 2.4 放射性废物治理与核设施退役研究与实施技术体系 图4 是放射性废物治理与核设

7、施退役研究与实施体系的分体系框架图，给出了第四、第五、第六个层次的项目。第四个层次的项目有10项： 放射性废物治理和核设施退役战略、技术路线和总体研究与实施 、 核设施退役研究与实施 、 放射性废气处理研究与实施 、 低中放废液处理研究与实施 、 高放废液处理研究与实施 、 废TBP等有机废液处理研究与实施 、 废物处理研究与实施 、 固体废物处理研究与实施 、 废物治理和核设施退役安全分析与环境影响评价研究 、 放射性废物处置研究与实施等。第五个层次的项目有23项，如政策技术路线总体研究放废治理和退役战略 、 放废治理和退役标准 、 核反应堆退役 、 核科研设施退役 、 放射性气体处理技术

8、、 放射性气溶NCES044胶处理技术 、 低中放废液浓缩与分离技术 、 人造岩石处理技术 、高放废液贮存、 倒料及运输安全性评价技术 、 废TBP石灰乳裂解焚烧技术 、 废物检测技术 、 废物分离提取核素技术 、 固体废物整备技术 、 废物治理和退役环境影响评价技术 、 高放废物与废物处置技术等。第六个层次的项目估计应有上百项，图中只画出二十几项,如 含氚废气处理技术 、 电渗析与反渗透处理技术 、 水力压裂地下水泥固化技术 、 双酰胺类萃取流程 、 玻璃固化远距离检修技术 、近地表处置现场实验 、 高放处置天然类比实验 、 高放处置地下实验室 、 高放深地处置化学 、 高放深地处置工程技术

9、 、 高放深地处置环境影响等。 2.5 核保障与军控核查试验与测试体系 图5 是核保障与军控核查试验与测试体系的分体系框架图，给出了第四、第五、第六个层次的项目。第四个层次的项目有 4 项： 核材料衡算与控制试验与测试 、 核材料核查试验与测试 、 核材料保护试验与测试 、 核保障试验与测试 等。 第五个层次的项目有 20 项， 如 同位素质谱分析技术 、 与中子非破坏分析技术 、 核物料量热技术 、环境样品粒子分析技术 、 与射线能谱分析技术 、 核物料封记与监视技术 、 现场核查取样技术 、 核设施周界保护技术 、 人员身份与信息管理技术 、 核材料运输跟踪定位技术 、 核材料闭合衡算测试

10、与评价 、 核设施实物保护系统可靠性评价 、 实物保护系统薄弱性测试 、 实物保护系统应急响应测试等。第六个层次的项目估计应有上百项，图中只画出几项,如二次离子质谱、裂变径迹 、 射线探测与数字图象分析 、 数据加密与传输 、 样品处理与制备等。 NCES04NCES045应该指出, 图 5 是刘大鸣帮我画的，被我引用，要有错误也是我的，图 1-4 是本人的个人见解,肯定有遗漏和错误，在这里抛砖引玉，欢迎大家讨论、批评。 三、核工业和核化工的流程工业特性 3.1 我国的流程工业 制造业按加工方式可分流程工业和离散工业两大类。 石化、 炼油、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力等

11、都是流程工业，他们是国民经济中极为重要的基础支柱产业。1999 年国有企业工业总产值和工业增加值中流程工业分别占 65.77%和 72.62%。 我国流程工业普遍存在能耗高、成本高、劳动生产率低、资源利用率低等特点，能耗普遍比国外先进水平高 30%，劳动生产率只及国外的20-30%，生产成本普遍高出国外 1-2 倍。例如，美国 60%的石化企业应用了先进控制技术，我国还不到 20%；我国有色金属行业采选资源利用率仅为 35，发达国家为 60以上，我国硫利用率为 50（另 50排放，造成环境污染） ，发达国家为 95以上。 3.2 流程工业的定义 流程工业 是以连续或间歇物质流流或能量流流为主要

12、对象， 以化学反应、核反应、物质交换、能量交换、能量变换、分离、混合等为主要生产和加工方式的工业，如采矿、治金、电力、环保、石化、制药、粮食加工、建材等工业。 与之相对应的离散工业，如航天、航空、兵器、船舶、电子、机电NCES04NCES046产品加工、汽车制造等，它们加工的对象是“分散而不团聚”的零、部件，在组装之前彼此之间互不相干，最终才组装成飞机、坦克、电视机、火箭、军舰等产品，在它们的加工过程中没有作为加工对象的、系统的物质流流或能量流流，有的只是离散工业的特色： “分散而不团聚” 的零部件。 3.3 核工业、核化工属于流程工业 核工业的主要对象是以地质构造中的铀矿物为起始的含铀物质流

13、物质流和以铀核裂变能量为起始的能量流（能量流（见图 6） ，） ，这正符合流程工业流程工业的定义。严格的定义应该把含铀物质流物质流改为含铀及/或其核反应产物的物质流 。图 6物质流 。图 6 中可以看出含铀物质流物质流的过程: 含铀矿物（铀矿地质）铀水冶浓缩物（铀矿采冶）天然铀UF6（铀同位素分离中的铀转化）低加浓铀 UF6（铀同位素分离）低加浓铀 UO2（铀燃料元件制造中的铀转化） 低加浓铀燃料元件 （铀燃料元件制造）乏燃料（核电站）回收的 U、Pu、FP（乏燃料后处理）高放废物玻璃（放射性废物处理）地质处置库中的高放废物（放射性废物深地处置） 。 这是很长的一条生产线，从地下来又回到地下去

14、，覆盖了整个核工业。其中在核电站里与含铀物质流物质流并行着一股能量流能量流，其过程是： 铀核内能 （主要是 92 个质子与 100 多个中子之间的强作用能及电磁作用能）铀核裂变释放的能量（主要是裂变碎片及各种粒子的内能和动能）反应堆一回路水热能反应堆二回路水热能蒸汽的动能透平机转子动能发动机转子动能电能 本核化工学会涵盖的核燃料后处理 、 放射性废物治理 、 铀转化 ，以及属铀矿冶学会的铀矿冶 ，属同位素学会的放射性同位素NCES04NCES047制取 ，属军工的热核材料（锂、氘、氚）生产等分支业务领域，在每个领域内部也都符合流程工业流程工业的定义，这些广义的核化工分支都属于流程工业流程工业。

15、 总之，核工业、核化工，无论总体和局部，总体和局部，都属于流程工业。 流程工业。 3.4 核化工的流程性分析 属于流程工业流程工业的核工业是沿着含铀物质流物质流呈一线状展布的，这就造成了核工业的流程性流程性。所谓流程性，简单地说是指生产过程（或工作步序）之间以物质流流或能量流流为主轴，严格且固定不变的紧密的上下游承续关系承续关系和同步、串行、呈一线状展布的衔接关系衔接关系，以及由这些关系衍生的相关特性。这种关系要求整条生产链上各环节之间相互很好地匹配（无论是原材料供应、生产能力、质量控制，还是生产进程） ，否则任何一个环节都可能成为整条生产链的“瓶颈” ， 造成“一损俱损”的局面。以图 3 所示的铀转化为例，由于铀化合物粉末物料特性（如表面反应性、颗粒料流动度、比表面等）的“记忆性” “继承性” ， 为了保证铀转化的最后一步 “氟化反应” 中的起始物料 UF4粉末具有合适的物料特性，必须提前几步控制好最上游 ADU 或 AUC 起始物料的粉末特性，即要求在铀矿采冶生产部门就严格而谨慎地控制好自己产品的粉末特性，以为下一个生产部门铀转化环节提供合格的粉末物料。 流程性在连续性生产过程中更显突出。 流程性往往