核燃料、核废料究竟长什么样？
说到核燃料和核废料，很多人脑海里浮现的画面可能都是那种闪烁着幽幽绿光的、充满科幻色彩的“放射性物质”。但实际上，它们的真实模样，远比这些想象要平凡得多，也更具工程师的理性与工艺的严谨。
我们先从核燃料说起。
想象一下，你去一家专门生产高精度零件的工厂，里面看到的可能就是核燃料的生产现场（当然，这是经过无数道严格隔离和控制的）。核燃料的主要形式通常是陶瓷状的小颗粒，这些颗粒叫做燃料芯块（Fuel Pellets）。
外观与成分： 它们看起来有点像小小的、压得很实的白色或淡黄色的小圆柱体，直径通常在1厘米左右，高度也是类似。这层陶瓷外衣，实际上是经过精密加工的二氧化铀（UO2），有时也会混入少量的二氧化钚（PuO2），尤其是快中子反应堆中。这种陶瓷态是经过高温烧结形成的，非常稳定，熔点很高，而且结构致密，能有效地将核裂变产生的热量传导出去。触摸它们？绝对不可能，它们被放置在高度受控的环境中，并通过机械臂等设备操作。
加工过程： 这些小小的芯块，其生产过程堪比制造精密仪器。首先，天然铀矿石经过复杂的化学提纯，得到高纯度的铀化合物。对于大多数核电站（如压水堆），需要进行铀浓缩，将铀235的丰度从天然的0.7%提高到3%5%。浓缩后的六氟化铀（UF6）经过一系列化学反应，转化为二氧化铀粉末。然后，这种粉末被精细地压制成型，再送入高温炉中进行烧结。烧结后的芯块要经过严格的尺寸、密度和杂质检测，合格后才能进行下一步工序。
装配成燃料棒： 紧接着，这些燃料芯块会被一颗一颗地装入特制的金属管中。这个金属管就是包壳管（Cladding Tube），通常是用锆合金制成的，比如Zircaloy。锆合金之所以被选中，是因为它对中子吸收截面小（也就是说它对中子的“阻碍”很小，不会过多地影响链式反应），同时在高压、高温和辐照环境下也具有良好的机械强度和抗腐蚀性。
燃料棒（Fuel Rod）的外观： 燃料棒看起来就像是细长的、金属色的管子，直径大约1厘米左右，长度则根据反应堆的设计不同，可能从几米到十几米不等。管子的两端会有封头，将里面的燃料芯块完全密封起来。整个燃料棒看起来非常规整、光滑，金属光泽在灯光下显得有些沉静。
组合成燃料组件： 最后，几十甚至上百根这样的燃料棒会被排列整齐，用间隔器固定住，并安装上顶端和底端的格架，形成一个燃料组件（Fuel Assembly）。燃料组件的形状通常是方形或六边形，方便在反应堆堆芯中进行插装和冷却。它们的尺寸也很大，就像是一个大型的金属栅栏。
整个过程充满了工程师对材料科学、核物理和机械工程的极致追求，每一个细节都关乎安全与效率。所以，你看到的核燃料，并不是什么“发光的石头”，而是由高度纯净、精密加工的陶瓷芯块和特殊金属制成的、一丝不苟的“工业产品”。
现在，我们来看看核废料。
核废料的种类繁多，其“长相”也千差万别，主要取决于它的产生阶段和放射性水平。
1. 低放废料（LowLevel Radioactive Waste, LLRW）：
这是我们最常接触到的，也相对最“普通”的核废料。它们主要来自于核电站的日常运行、维护以及核医学、工业等领域的应用。
常见形态：
液体： 比如核电站产生的冷却水、清洗液等，会被收集、浓缩后处理。处理后的液体可能被蒸发成盐类，或者吸附在某种材料上。
固体： 这才是我们最能“看”到的。包括：
废弃的衣物和防护用品： 工作人员穿过的防护服、手套、鞋套等，它们因为沾染了少量放射性物质而需要被当作废料处理。这些东西看起来就像是普通的旧衣物或防护装备，只是被妥善地封装在专用的容器里。
实验室的耗材： 使用过的玻璃器皿、吸附剂、滤膜等。
设备零部件： 被拆卸下来的管道、阀门、泵等，如果沾染了放射性，也会被归为低放废料。它们的外观就是普通的金属或塑料制品，只是表面可能有些污渍或腐蚀，并且被封存在铁桶或混凝土箱里。
吸附材料： 比如用于净化废水的树脂、活性炭等，它们会吸收放射性物质，变得有放射性。
处理方式与外观： 低放废料通常会被固化，比如用混凝土或沥青将液体或粉末状的废料包裹起来，然后装入专用的金属桶（如200升的钢桶）或混凝土容器中，进行长期储存或深埋处理。所以，我们看到低放废料的最终形态，就是被严密封装在标准的、带有警示标志的容器里。
2. 中放废料（IntermediateLevel Radioactive Waste, ILRW）：
这类废料的放射性比低放废料强，但比高放废料弱，通常含有较高的放射性核素，如锶、铯等。它们主要来自于核电站的化学净化系统、堆内构件等。
常见形态：
废弃的离子交换树脂。
过滤材料。
反应堆的金属构件： 如反应堆的堆内构件，它们在高能中子辐照下会产生诱导放射性，材料本身也可能发生变化。这些金属件会变得笨重，而且需要专业的防护和搬运设备。
处理方式与外观： 中放废料通常也需要进行固化，但由于其放射性较高，固化体和封装要求会更严格。它们常常被封装在更大的钢桶或预制混凝土结构中。
3. 高放废料（HighLevel Radioactive Waste, HLW）：
这是最危险也是最棘手的核废料，主要来自核燃料的后处理过程，也就是从用过的核燃料中提取有用的铀和钚，剩余的被称为乏燃料后处理废液，其中包含了裂变后产生的大量高放射性核素，如锶90、铯137、碘129以及长寿命的超铀元素。
乏燃料（Spent Nuclear Fuel）： 如果核燃料不经过后处理，直接储存，那就是乏燃料。乏燃料看起来像是用过的、钝化了的金属棒（燃料棒），但因为在反应堆里经历过长时间的核裂变，它们已经不再是原来的模样。
外观： 乏燃料组件本身可能看起来有些黯淡，甚至因为高温和辐照而略微变形。更重要的是，它们会发出强烈的辐射和热量。我们看到的乏燃料，通常是在反应堆停止运行后，被吊装到水池（乏燃料水池）中进行冷却储存。在水池中，这些燃料组件被放置在特制的金属架上。虽然在水下，但它们仍然是呈长条状的金属结构，包裹着陶瓷芯块。它们不会有任何可见的“闪光”，而是绝对禁止直接靠近。
玻璃化废料（Vitrified Waste）： 对于核燃料后处理产生的废液，最普遍的处理方法是玻璃化。
形态： 经过复杂的化学分离过程，高放废液被浓缩，然后与特殊的玻璃形成剂（如硼硅酸盐玻璃原料）混合，在高温下熔化，最终冷却形成一种坚硬的、琥珀色或深褐色的玻璃块。这些玻璃块被封装在特制的、厚重的不锈钢容器（罐）中。每个罐子可能直径几十厘米，高度一米左右，重量非常惊人。这些罐子看起来就是厚实、沉重的金属圆筒，表面可能有一些操作痕迹和标签，但主体是坚固的金属外壳，包裹着内部的玻璃化高放废料。
处理方式与储存： 高放废料（无论是乏燃料还是玻璃化废料）都需要进行极度审慎的储存和最终处置。它们通常被放置在特制的冷却储存设施中，或是进行深地质储存，以确保其放射性在漫长的衰变过程中不会对环境造成影响。
总结一下，真实情况是：
核燃料（未用过的）是高度纯净的二氧化铀陶瓷芯块，被装入锆合金管，组成燃料棒，再集合成燃料组件。它们是精密制造的工业产品，外观平凡，却蕴含着巨大的能量。
核废料的种类和形态非常多样。
低放废料常常是沾染了少量放射性物质的普通物品，被封存在标准的金属桶或混凝土箱里。
中放废料是放射性稍强的工业废料和金属构件，同样需要被固化和严密封装。
高放废料（如乏燃料和玻璃化废料）是放射性最强、最危险的废料。乏燃料是浸泡在水池中的、黯淡的金属结构；而玻璃化废料则是被封装在厚重不锈钢罐里的、像琥珀一样的玻璃块。它们绝对不是什么“会说话”或“发光”的物质，而是需要最严苛的隔离和管理对象。
整个核燃料和核废料的背后，是一整套复杂而严谨的工程技术和安全规程。它们的“长相”或许不如我们想象的那么戏剧化，但它们所代表的能量和责任，却是异常重大的。
我们先从核燃料说起。
想象一下，你去一家专门生产高精度零件的工厂，里面看到的可能就是核燃料的生产现场（当然，这是经过无数道严格隔离和控制的）。核燃料的主要形式通常是陶瓷状的小颗粒，这些颗粒叫做燃料芯块（Fuel Pellets）。
外观与成分： 它们看起来有点像小小的、压得很实的白色或淡黄色的小圆柱体，直径通常在1厘米左右，高度也是类似。这层陶瓷外衣，实际上是经过精密加工的二氧化铀（UO2），有时也会混入少量的二氧化钚（PuO2），尤其是快中子反应堆中。这种陶瓷态是经过高温烧结形成的，非常稳定，熔点很高，而且结构致密，能有效地将核裂变产生的热量传导出去。触摸它们？绝对不可能，它们被放置在高度受控的环境中，并通过机械臂等设备操作。
加工过程： 这些小小的芯块，其生产过程堪比制造精密仪器。首先，天然铀矿石经过复杂的化学提纯，得到高纯度的铀化合物。对于大多数核电站（如压水堆），需要进行铀浓缩，将铀235的丰度从天然的0.7%提高到3%5%。浓缩后的六氟化铀（UF6）经过一系列化学反应，转化为二氧化铀粉末。然后，这种粉末被精细地压制成型，再送入高温炉中进行烧结。烧结后的芯块要经过严格的尺寸、密度和杂质检测，合格后才能进行下一步工序。
装配成燃料棒： 紧接着，这些燃料芯块会被一颗一颗地装入特制的金属管中。这个金属管就是包壳管（Cladding Tube），通常是用锆合金制成的，比如Zircaloy。锆合金之所以被选中，是因为它对中子吸收截面小（也就是说它对中子的“阻碍”很小，不会过多地影响链式反应），同时在高压、高温和辐照环境下也具有良好的机械强度和抗腐蚀性。
燃料棒（Fuel Rod）的外观： 燃料棒看起来就像是细长的、金属色的管子，直径大约1厘米左右，长度则根据反应堆的设计不同，可能从几米到十几米不等。管子的两端会有封头，将里面的燃料芯块完全密封起来。整个燃料棒看起来非常规整、光滑，金属光泽在灯光下显得有些沉静。
组合成燃料组件： 最后，几十甚至上百根这样的燃料棒会被排列整齐，用间隔器固定住，并安装上顶端和底端的格架，形成一个燃料组件（Fuel Assembly）。燃料组件的形状通常是方形或六边形，方便在反应堆堆芯中进行插装和冷却。它们的尺寸也很大，就像是一个大型的金属栅栏。
整个过程充满了工程师对材料科学、核物理和机械工程的极致追求，每一个细节都关乎安全与效率。所以，你看到的核燃料，并不是什么“发光的石头”，而是由高度纯净、精密加工的陶瓷芯块和特殊金属制成的、一丝不苟的“工业产品”。
现在，我们来看看核废料。
核废料的种类繁多，其“长相”也千差万别，主要取决于它的产生阶段和放射性水平。
1. 低放废料（LowLevel Radioactive Waste, LLRW）：
这是我们最常接触到的，也相对最“普通”的核废料。它们主要来自于核电站的日常运行、维护以及核医学、工业等领域的应用。
常见形态：
液体： 比如核电站产生的冷却水、清洗液等，会被收集、浓缩后处理。处理后的液体可能被蒸发成盐类，或者吸附在某种材料上。
固体： 这才是我们最能“看”到的。包括：
废弃的衣物和防护用品： 工作人员穿过的防护服、手套、鞋套等，它们因为沾染了少量放射性物质而需要被当作废料处理。这些东西看起来就像是普通的旧衣物或防护装备，只是被妥善地封装在专用的容器里。
实验室的耗材： 使用过的玻璃器皿、吸附剂、滤膜等。
设备零部件： 被拆卸下来的管道、阀门、泵等，如果沾染了放射性，也会被归为低放废料。它们的外观就是普通的金属或塑料制品，只是表面可能有些污渍或腐蚀，并且被封存在铁桶或混凝土箱里。
吸附材料： 比如用于净化废水的树脂、活性炭等，它们会吸收放射性物质，变得有放射性。
处理方式与外观： 低放废料通常会被固化，比如用混凝土或沥青将液体或粉末状的废料包裹起来，然后装入专用的金属桶（如200升的钢桶）或混凝土容器中，进行长期储存或深埋处理。所以，我们看到低放废料的最终形态，就是被严密封装在标准的、带有警示标志的容器里。
2. 中放废料（IntermediateLevel Radioactive Waste, ILRW）：
这类废料的放射性比低放废料强，但比高放废料弱，通常含有较高的放射性核素，如锶、铯等。它们主要来自于核电站的化学净化系统、堆内构件等。
常见形态：
废弃的离子交换树脂。
过滤材料。
反应堆的金属构件： 如反应堆的堆内构件，它们在高能中子辐照下会产生诱导放射性，材料本身也可能发生变化。这些金属件会变得笨重，而且需要专业的防护和搬运设备。
处理方式与外观： 中放废料通常也需要进行固化，但由于其放射性较高，固化体和封装要求会更严格。它们常常被封装在更大的钢桶或预制混凝土结构中。
3. 高放废料（HighLevel Radioactive Waste, HLW）：
这是最危险也是最棘手的核废料，主要来自核燃料的后处理过程，也就是从用过的核燃料中提取有用的铀和钚，剩余的被称为乏燃料后处理废液，其中包含了裂变后产生的大量高放射性核素，如锶90、铯137、碘129以及长寿命的超铀元素。
乏燃料（Spent Nuclear Fuel）： 如果核燃料不经过后处理，直接储存，那就是乏燃料。乏燃料看起来像是用过的、钝化了的金属棒（燃料棒），但因为在反应堆里经历过长时间的核裂变，它们已经不再是原来的模样。
外观： 乏燃料组件本身可能看起来有些黯淡，甚至因为高温和辐照而略微变形。更重要的是，它们会发出强烈的辐射和热量。我们看到的乏燃料，通常是在反应堆停止运行后，被吊装到水池（乏燃料水池）中进行冷却储存。在水池中，这些燃料组件被放置在特制的金属架上。虽然在水下，但它们仍然是呈长条状的金属结构，包裹着陶瓷芯块。它们不会有任何可见的“闪光”，而是绝对禁止直接靠近。
玻璃化废料（Vitrified Waste）： 对于核燃料后处理产生的废液，最普遍的处理方法是玻璃化。
形态： 经过复杂的化学分离过程，高放废液被浓缩，然后与特殊的玻璃形成剂（如硼硅酸盐玻璃原料）混合，在高温下熔化，最终冷却形成一种坚硬的、琥珀色或深褐色的玻璃块。这些玻璃块被封装在特制的、厚重的不锈钢容器（罐）中。每个罐子可能直径几十厘米，高度一米左右，重量非常惊人。这些罐子看起来就是厚实、沉重的金属圆筒，表面可能有一些操作痕迹和标签，但主体是坚固的金属外壳，包裹着内部的玻璃化高放废料。
处理方式与储存： 高放废料（无论是乏燃料还是玻璃化废料）都需要进行极度审慎的储存和最终处置。它们通常被放置在特制的冷却储存设施中，或是进行深地质储存，以确保其放射性在漫长的衰变过程中不会对环境造成影响。
总结一下，真实情况是：
核燃料（未用过的）是高度纯净的二氧化铀陶瓷芯块，被装入锆合金管，组成燃料棒，再集合成燃料组件。它们是精密制造的工业产品，外观平凡，却蕴含着巨大的能量。
核废料的种类和形态非常多样。
低放废料常常是沾染了少量放射性物质的普通物品，被封存在标准的金属桶或混凝土箱里。
中放废料是放射性稍强的工业废料和金属构件，同样需要被固化和严密封装。
高放废料（如乏燃料和玻璃化废料）是放射性最强、最危险的废料。乏燃料是浸泡在水池中的、黯淡的金属结构；而玻璃化废料则是被封装在厚重不锈钢罐里的、像琥珀一样的玻璃块。它们绝对不是什么“会说话”或“发光”的物质，而是需要最严苛的隔离和管理对象。
整个核燃料和核废料的背后，是一整套复杂而严谨的工程技术和安全规程。它们的“长相”或许不如我们想象的那么戏剧化，但它们所代表的能量和责任，却是异常重大的。
网友意见
裂变燃料的样子：
美国核能管理委员会提供的二氧化铀陶瓷核燃料芯块照片：
同上来源，燃料芯块在组装流水线上：
同上来源，工作人员在检查组装好的燃料棒：
日本沸水堆燃料棒示意图：
燃料棒束切面图，此设计用于核动力运输船NS Savannah的压水堆：
加拿大原子能有限公司提供，加拿大重水铀反应堆燃料棒束照片：
正在运转的美国ATR堆芯，蓝光来自切伦科夫辐射：
聚变燃料的样子：
托卡马克反应堆里的聚变等离子体：
静电约束的聚变等离子体：
美国国家点火装置的燃料球：
核废料的样子：
核电站里储存乏燃料棒的水池：
美国水下储存的乏燃料棒：
装在桶里的低放射性核废料：
里面是这样的：
和人的大小关系：
这破桶不是任何高级技术，经常是这样出现在人们面前的：
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