核燃料運輸

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搶劫核燃料這破事可不只是電影情節。

巴西《環球報》報道，今年3月19日上午，一裝滿核燃料棒的運輸補給車隊，正前往位於里約熱內盧西部沿海的安格拉核電站。在路過BR-101高速公路時，遭遇“毒梟武裝伏擊”，並與負責保護核燃料的里約公路巡警隊、武裝憲兵和特種警察爆發激烈槍戰。最後，槍手們在自知火力不敵後迅速逃跑，燃料棒車隊也在當天中午準時抵達核電站。

核燃料被壞蛋拿去幹嘛咱不曉得，但核電站的正常運轉首先離不開的就是核燃料的“吐故納新”。

新燃料組件（核燃料棒）從製造廠運輸到核電站，輻照過的燃料組件（乏燃料）從堆芯中卸出後，在反應堆旁的水池裡（乏燃料池）貯存一段時間以後再運離核電站。

核燃料的“吐故納新”——換芯

當然，乏燃料除了後處理（再溶解回收鈾和鈈）外，還有可能運送到研究設施進行試驗，這些運輸過程不在本文討論範圍之內。

先來看看新燃料和乏燃料的屬性。

新燃料就是核燃料棒，是可以直接空手拿的，只要簡單瞭解一下它的生產工藝，就可知道其放射性是很低的。

咱們都知道，核燃料的原料是鈾，天然鈾礦體和鈾礦石雖然具有一定放射性，但經過地球45億年的衰變，天然鈾的放射性已經很低。負責開採和提煉鈾礦石的工人們，都只是穿戴工作服和普通口罩，就能起到很好的防護作用。

天然鈾主要對外偶然性地釋放阿爾法射線，這種射線是氦原子的質子核，只需一張A4紙，就可以擋住。人的衣服和皮膚完全可以隔絕，不會對人體內部組織造成影響。

天然鈾被開採出來後先用“水冶法”提煉，得到重鈾酸銨，為黃色塊狀或粉末狀，俗稱“黃餅”，放射性仍然很低。黃餅經提純後，被送到鈾濃縮工廠，加工成六氟化鈾，採用氣體離心機提高純度（六氟化鈾加熱後成為氣態，冷卻後結晶）。

當鈾濃度被提高到4%左右時，把這種鈾混合物粉末，燒結成的二氧化鈾陶瓷芯塊。芯塊為直徑1釐米，高度1釐米的圓柱體，放射性依舊不高，還是可以直接空手拿。

幾百個芯塊疊在一起裝入直徑1釐米，長度約4米，厚度為1毫米左右的細長鋯合金材料套管內，一枚燃料棒誕生了。

如果你願意的話，捧著一大束燃料棒來玩都沒問題，乏燃料可就不一樣了。

可以空手拿的芯塊和燃料棒

咱們常聽說的157、177反應堆堆芯，是根據核燃料組件數量和排列布置方式的不同而劃分，裡面均裝有控制棒組件。所謂控制棒就是一根或者幾根鈾濃度達到10～20%的特殊燃料棒，它們能釋放頻率更高的中子輻射，引發其他燃料棒的鏈式反應，就像點燃煤爐用的火柴一樣。

核燃料棒被“點燃”後，將產生具有極強放射性的短半衰期新元素，比如鐳、銫、碘、鈈、鈷等。

切爾諾貝利和福島核事故之所以會造成如此恐怖的放射性汙染，正是因為大量核燃料棒在被“燒得”通紅，放射性最強的時候，爆炸發生了。

當然在正常情況下，堆芯是不會爆炸的。

核燃料棒燃盡，不再產生足以維持核反應的能量，就變成乏燃料了。從反應堆中取出後，雖然裂變馬上就停止了，但乏燃料中裂變產物的衰變熱會造成釋熱危險，並繼續產生大量輻射，所以立馬轉移到堆芯旁邊的乏燃料池中，“冷卻”時間可達數年。

研究表明，一個從壓水堆中卸出的燃料組件即使在“冷卻”半年後，仍有近10千瓦的衰變熱，還能釋放很強的伽瑪射線。

可見乏燃料可不是吃素的，人在沒有任何防護裝備下，就算稍微靠近一點，也完蛋了。

乏燃料池

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一座百萬千瓦的壓水堆核電站運行一年時間，大致需要30噸燃料組件的運輸量，包含新燃料和乏燃料。

在美國，核燃料運輸的安全是核管理委員會（下文簡稱NRC）和運輸部的共同責任。NRC規定了核燃料包裝的設計和製造要求，運輸部則負責對運輸途中的核燃料進行管理。

核燃料託運人審查資格極高，他們需要獲得NRC的認證，在需要的情況下能夠檢查或更換核燃料包裝密封件，甚至執行洩漏測試。此外，託運人必須在包裝上和包裝周圍的特定位置進行輻射測量，以確保輻射水平低於要求的限值。

託運人還必須滿足運輸部對核燃料裝運的要求，包括路線選擇、車輛狀況和標牌、駕駛員培訓、包裝標記、標籤和其他裝運文件等。

託運人必須確保核燃料免受放射性破壞。

首先，核燃料本身屬於放射性物質，需要根據放射性水平的不同來選擇合適的運輸容器；

其次，無論是採用公路、鐵路、水路、航空哪一種運輸方式，需確保通常意義上的交通安全；

再者，要保證即使發生運輸事故時，也能夠有效地包容放射性物質，保護工作人員、社會公眾和自然環境免遭輻射危害；

最後，要確保核燃料在運輸過程中不被任何人損壞或劫持。

美國核管理委員會（NRC）

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上文提及，核燃料棒的放射性水平較低，運輸容器的屏蔽要求相對簡單。

新燃料組件中的燃料屬於易裂變材料，因此運輸時需要控制單個貨包裝載新燃料組件的數目和運輸工具內裝載貨包的數目，採取貨包隔離等措施，防止出現臨界現象。

由此可見，核燃料棒在運輸過程的重點在於對“貨包”（燃料運輸組件）採取緩衝和防震措施，避免因為振動、衝擊而造成損壞。

乏燃料的“待遇”就要高得多了。

由於要對付強伽瑪射線和衰變熱，運輸容器裡面有一層不鏽鋼內殼作為密封壓力殼，外面一層是鉛屏蔽，鉛屏蔽外面再用帶有散熱和防震肋片的不鏽鋼外殼保護起來，厚度為5～15英寸。

容器內充滿水，便於導熱，與此同時，要保證失水時燃料棒的溫度也不會超過允許水平。運輸容器內裝有安全閥和溫度、壓力測量儀表，在運輸途中連續監測。

乏燃料容器雖然緊密密封，但不可能100%阻擋輻射。

容器可提供足夠的屏蔽，將外部輻射降低到保護公眾和工作人員個人允許劑量的最低水平。乏燃料容器周圍有一個低水平輻射場，在設定距離輻射暴露的管理限值為

雖然暴露時間會因待在容器旁的時間而有所不同，但在正常運輸條件下，個人一次離容器那麼近的時間不會超過幾秒鐘，不會對人體造成任何傷害。

經鐵路運輸的乏燃料“貨包”

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如果是在美國本土的核燃料運輸，公路和鐵路是最常採用的運輸方式。

卡車裝載1～2噸乏燃料時，貨包重量約為25噸。鐵路貨包的重量達180噸，可攜帶多達25噸的乏燃料。

對於卡車來說，NRC與運輸部及商用車安全聯盟（CVSA）要求運載乏燃料的卡車和牽引拖車必須符合六級檢查要求。

首先，該車只能用於特定的放射性物質運輸，包括乏燃料。此外，駕駛員除了持有當前的商業駕駛執照外，還需接受額外的安全和安保程序培訓，並接受聯邦調查局的背景調查和毒品檢測。

對於火車來說，NRC與運輸部要求承運人必須在地面檢查每倆裝有核燃料的軌道車，以確定是否有所需的標記、標籤、標牌、封閉裝置的固定。

每輛軌道車也要檢查是否有被篡改的跡象。在糾正檢查中發現的任何問題之前，不得移動或運輸軌道車。

無論卡車也好，鐵路也罷，運輸核燃料容器貨包的末端都包裹在稱為

NRC制定了乏燃料運輸的安全要求，包括部件，如貨運車輛上的固定裝置、NRC對路線的預先批准、駕駛員和護送培訓、與沿線執法官員的安排、部落官員的通知、州長的通知，當武裝護送人員穿行人口密集地區，需加強公共衛生安全保障。

經卡車運輸的核燃料”貨包“

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NRC要求核燃料的貨包設計必須通過一系列正常條件和假設事故的考驗。

正常運輸條件是指一個貨包在常規運輸過程中可能遇到的條件，比如暴露在降雨、坑洞和其他常見條件下。使用先進的計算機模型在-40℃～38℃的溫度下分析貨包，以證明其對不同環境條件的耐受性。

貨包會被扔到一個堅硬的表面上，以模擬它從運輸車上掉落。堅硬的表面因為變形很小，幾乎所有的能量都從撞擊物的表面反射回來。這意味著撞擊物體在撞擊中所受的能量要比落在“正常”表面（如混凝土路面）上的能量大得多。

另外，水會被噴灑在貨包上1小時來模擬降雨。這些試驗會涵蓋絕大多數常規運輸條件，用於確定貨包在正常運輸條件下是否安全。

假設事故條件的測試與正常運輸條件下的試驗相似，但更為嚴重。比如：

將貨包從30英尺高跌落到堅硬的表面；從4英尺高跌落到6英寸長的鋼銷上，以測試其對尖銳物體的衝擊；將貨包置於完全燃燒的火焰中，以測試萬一事故引起火災時的反應；將貨包沉入50英尺水中，以確保其水密性，等等。

核燃料貨包撞擊試驗

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911恐怖襲擊後，NRC審查了核燃料運輸程序，並制定了幾個領域的新要求，包括路線選擇和批准（包括安全港）、車輛固定裝置、武裝護送和其他程序。

（1）NRC審查並批准運輸路線，以確保整個路線上與執法人員的預先安排要求是完整和準確的。這確保了地方執法當局能夠對事件和援助呼籲作出迅速和協調的反應。

路線計劃必須包括預先安排的安全避難所，每50英里一個，以提供臨時避難所或緊急援助。可能的安全避難所包括卡車站、休息區、軍事設施、公路巡邏營和稱重站。

（2）運輸車輛要求安裝防盜裝置，以防止被盜，如果存在安全風險，車輛駕駛員可以將車輛固定。

（3）配備一個24小時運作的人員和設備移動控制中心來監控和控制運輸。控制中心還需與當地執法部門溝通，應對正常情況和安全突發事件。

（4）核燃料貨包需要密封蓋印，印章的完好無損可以證明貨包不是由未經授權的人打開的。

（5）途經人口稠密地區要使用武裝護衛。裝運的時間和日期必須作為敏感的保障信息加以保護，以防止可能威脅裝運的任何行為。

在國內，核燃料裝入運輸容器後，有關部門將根據對沿途交通環境的詳細比較分析，選擇最佳運輸路線，實行全程武裝押運，國家還將利用衛星定位系統對運輸過程進行在線監控，確保核燃料的運輸過程萬無一失。

核燃料在運輸時被劫？只會出現在老外的電影和現實裡吶。

專門運送核燃料的運輸車

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