核废料？核循环？乏燃料？

2016/9/12 13:55:34

一座百万千瓦的火电厂，每年要烧掉约330万吨煤，同样装机容量的核电站，一年只用30吨核燃料。但是，与燃煤后仅留下一堆废煤渣不同，从核反应堆中替换出来的乏燃料(即烧过的燃料)处理起来要复杂得多。乏燃料中包含有大量的放射性元素，后续若不加妥善处理，会影响环境、生态及人类健康。

从堆内卸出的核燃料由于铀含量降低，无法继续维持核反应，但仍有大量宝贝。经过特殊的后处理后，乏燃料中的铀和钚可以分离出来并返回反应堆，作为燃料循环使用，形成核燃料的循环。同时，衰变期长的长寿命元素可以被处理为衰变期更短的放射性废物，通过玻璃固化技术，在符合一定选址条件的高放射性废物处置场里贮存处置。因此，尽管许多人将乏燃料简单称为核废料，这并不意味着它就是百无一用的废料。

别小看了这类被回收再利用的核燃料，它为全球第二大核电国家法国贡献了17%的电力。58台运行中的核电机组，分布在法国55万平方公里国土之上，为其提供了高达75%的电力。中国目前的在运核电机组数约为法国的六成，但在调整能源结构和应对气候变化面前，中国拥有更庞大的核电发展计划。到2020年，中国核电机组数量将达到90余台，超过法国成为全球第二大核电国家。

但中国的乏燃料后处理体系，还未做好准备。

环境保护部核与辐射安全中心2016年6月发表的《全球乏燃料后处理现状与分析》论文称，全世界都不得不面对这样一个事实，核电站卸出的乏燃料数量在增长，大部分核电站的在堆贮存水池容量已经超负荷(在送至后处理厂前，乏燃料通常先暂存在核电厂自建的硼水池内若干年)，全球正面临如何解决乏燃料的去向问题。中国核电迅速发展，可以预测，乏燃料安全处置问题将要出现。未雨绸缪，完善后处理产业机制，让乏燃料后处理在核能发展中变废为宝、变废为少，刻不容缓。

乏燃料中榨“铀”

根据放射性程度不同，核废料可分为高水平放射性废料和中、低水平放射性废物。从核反应堆中卸出的乏燃料本身具有极强的放射性，因此必须经过特殊环节的后续处理，一方面提取有用物质，另一方面降低废物的长期放射性毒性。

以百万千瓦压水堆核电站为例，每年产生的乏燃料为25吨至30吨。乏燃料中有大量的放射性元素，毒性大、半衰期长，要在地质处置过程中衰变到天然铀矿水平需10万年以上，但经过后处理等环节后，其放射性摄入毒性降到天然铀辐射水平的时间可减至千年以下，有效地降低了乏燃料的长期放射性毒性。

除了乏燃料之外，高水平放射性的核废料还包括经处理后的含有大量裂变产物和超铀核素的废物。核电站的污染设备、运行时的水化系统、交换树脂、废水废液和手套等劳保用品，则属于中、低放废料。

对中、低放废物，中国已经有了较为成熟的处置技术，不论是固体核废料还是液体核废料，都先进行固化处理，然后装进200升的不锈钢桶，放在近地表的处置库。目前，中国已建成了两个中、低放废物处置场，分别位于甘肃玉门和广东大亚湾附近的北龙。

目前国际上通行的核燃料循环路线有两种：一种是以美国为代表的“一次通过”开放核燃料循环方式，乏燃料经过冷却、包装后，作为放射性废物直接送到深地质层处置或长期贮存。中国、英国、法国等采取的则是闭式核燃料循环，乏燃料从反应堆中更换出来后，一般先暂存在核电厂自建的硼水池内，水可以吸收其大量的残余热量，大约贮存10年后，运送至后处理厂进行后处理。

在后处理环节，像钳子一样的机械手会轻松抓取乏燃料，然后放到剪切机里自动剪切成小块，扔进酸里溶解，其中有用的铀和钚被提取出来重新作为燃料循环使用，剩下的废液交由玻璃固化厂进行固化，再装进特制的废物罐中，运送到永久性处置场封存。也就是说，后处理过程使得核废料的规模大大压缩了。与此同时，这个过程可去掉长寿命放射性核素，降低废物长期毒性，铀资源的利用率也大为提升。

中国并非富铀国家。据国际原子能机构(IAEA)估计，中国有120万至170万吨潜在铀资源，目前探明铀资源储量约17万吨。随着核电机组的增加，中国对铀资源的需求也越来越大，仅靠市场采购难以满足需求。中核集团地矿事业部统计数据显示，到2020年，中国预计将出现高达2600吨的天然铀供应缺口，到2030年，这一数值将攀升至10900吨。提高铀资源利用率的意义，不言而喻。

通常来讲，压水堆核电站铀资源的利用率仅为0.6%左右，如果对乏燃料进行后处理，用“榨”出来的铀在压水中再循环一次，可节省天然铀25%;若如此多次循环，则铀资源的利用率可以达到1%;若将后处理得到的钚与铀富集后剩下的贫铀制成快堆燃料，则铀资源的利用率可以达到60%到70%。