按規(guī)劃，2020年我國預(yù)計(jì)運(yùn)行5800萬千瓦各型反應(yīng)堆機(jī)組，每年產(chǎn)生的乏燃料或超過1000噸，建設(shè)大規(guī)模乏燃料后處理廠的需求越來越強(qiáng)烈——
乏燃料后處理是目前已知的最復(fù)雜和最具挑戰(zhàn)性的化學(xué)處理過程之一，也是核電發(fā)展中最具爭(zhēng)議性的議題。近日，連云港市民反對(duì)中法核循環(huán)項(xiàng)目落戶當(dāng)?shù)�，將這個(gè)突出問題從幕后推到了臺(tái)前。
多位院士在采訪中向《中國科學(xué)報(bào)》記者強(qiáng)調(diào)，乏燃料后處理和廢物處置需要先進(jìn)的技術(shù)。只要核電產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展，該問題就不可能回避。
不容忽視的環(huán)節(jié)
“很多人將燃燒后的核燃料稱為核廢料，這其實(shí)是錯(cuò)誤的叫法。”中國工程院院士潘自強(qiáng)接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)指出，乏燃料才是其正確的稱呼。
乏燃料，指的是在反應(yīng)堆內(nèi)燃燒過的核燃料，經(jīng)過一定的時(shí)間從反應(yīng)堆內(nèi)卸出。核燃料元件在經(jīng)過裂變反應(yīng)發(fā)電后，大約仍有95%的鈾沒有被燃燒，同時(shí)，經(jīng)過反應(yīng)后又會(huì)產(chǎn)生一些新核素，如1%的钚和4%的其他核素。
潘自強(qiáng)表示，乏燃料可不能隨意處理，目前國際上主要有直接處置和再循環(huán)兩種途徑。直接處置是將經(jīng)妥善封裝的乏燃料，長(zhǎng)期或永久貯存于合適的地質(zhì)環(huán)境，美國、瑞典、芬蘭等國采用這種方式。再循環(huán)即將乏燃料送入后處理廠，將所含的有用物質(zhì)進(jìn)行分離、回收再利用，之后將廢物固化后進(jìn)行深地質(zhì)層處置或分離嬗變。“中國采用的是閉式燃料循環(huán)后處理戰(zhàn)略。同時(shí)采用該方式的還有法國、日本、俄羅斯、印度等國。”
中國工程院院士徐銤向《中國科學(xué)報(bào)》記者表示，在整個(gè)核能體系中，乏燃料的后處理是不容忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)。
“從乏燃料中提取的核材料重新制成核燃料返回到壓水堆、快堆或重水堆中使用發(fā)電，進(jìn)而大大提高鈾資源的利用率；后處理產(chǎn)生的高放廢液可使用玻璃固化技術(shù)進(jìn)行固化，大大降低乏燃料管理難度，提高固有安全。”徐銤表示，先進(jìn)的核燃料循環(huán)體系可實(shí)現(xiàn)核能資源利用的最大化和放射性廢物的最少化。
萬里長(zhǎng)征邁出第一步
在沒有進(jìn)行后處理之前，乏燃料只能暫存。一般而言，各個(gè)核電廠都建有乏燃料貯存水池，自身反應(yīng)堆卸出的乏燃料會(huì)暫時(shí)儲(chǔ)存在這一水池中，待其衰變熱適當(dāng)降低、可以運(yùn)送時(shí)，再送到場(chǎng)外的設(shè)施處置。
“但是暫存不是永久的，通常在廠房?jī)?nèi)貯存10年左右。”潘自強(qiáng)介紹說。之后將其送乏燃料貯存水池和干式貯存裝置貯存，然后需要進(jìn)行直接處置或通過專業(yè)運(yùn)輸送到后處理廠。乏燃料的后處理需要經(jīng)過接受與貯存、剪切與溶解、去污、分離、純化回收等步驟。
2010年12月底，中國第一座動(dòng)力堆乏燃料后處理中間試驗(yàn)工廠熱調(diào)試成功。這座中國唯一的動(dòng)力堆乏燃料元件后處理中間試驗(yàn)廠，位于甘肅省河西走廊西部，祁連山下的茫茫大戈壁灘中。徐銤告訴記者，它的乏燃料處理能力為50噸/年。
這是我國后處理技術(shù)水平提升的第一個(gè)嘗試，但只是我國在發(fā)展核循環(huán)產(chǎn)業(yè)萬里長(zhǎng)征中邁出的第一步。
按照我國核能發(fā)展規(guī)劃，2020年預(yù)計(jì)運(yùn)行5800萬千瓦各型反應(yīng)堆機(jī)組，這意味著核電每年產(chǎn)生的乏燃料將超過1000噸。因此，我國建設(shè)更大規(guī)模乏燃料后處理廠的需求越來越強(qiáng)烈。
2012年，中核集團(tuán)發(fā)布了“龍騰2020”科技創(chuàng)新計(jì)劃，首批入選的項(xiàng)目中包括具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的200噸大型商用乏燃料后處理示范工程。
一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，作為后處理技術(shù)起步較晚的國家，要完全自主掌握與核電發(fā)展所需商業(yè)后處理廠的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵設(shè)備制造等技術(shù)，時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本都太大了。“我們采用引進(jìn)加自主研究的國際合作方式。”潘自強(qiáng)說。
2013年，中核集團(tuán)與法國阿�，m公司簽署了中國大型商業(yè)后處理—再循環(huán)工廠項(xiàng)目合作意向書，計(jì)劃2030年建成具備年800噸的乏燃料后處理能力。
基礎(chǔ)研究需跟進(jìn)
國際核能界的共識(shí)是，在現(xiàn)階段的核能發(fā)展中，最擔(dān)憂的就是核電產(chǎn)業(yè)前、后端發(fā)展不平衡。我國也不例外。
“與我國各級(jí)政府高度重視核電站建設(shè)相比，核燃料循環(huán)體系的研發(fā)嚴(yán)重滯后，這勢(shì)必影響我國核電的可持續(xù)發(fā)展，更會(huì)對(duì)核電安全帶來潛在危害。”中國科學(xué)院院士柴之芳接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)直言，我國核燃料循環(huán)后段研究滯后，尚未形成工業(yè)能力，是我國核能體系中最薄弱的環(huán)節(jié)，在鈾钚氧化物核燃料元件制造和乏燃料后處理等關(guān)鍵領(lǐng)域甚至比印度還落后20至25年。
法國目前的乏燃料后處理能力為1600噸/年，建有兩個(gè)年處理能力為800噸的處理廠。英國乏燃料后處理能力第二，處理能力為1200噸/年，其次是日本，處理能力為800噸/年。相比之下，中國的乏燃料后處理產(chǎn)業(yè)還處于前期發(fā)展階段。
潘自強(qiáng)指出，我國核燃料循環(huán)后段長(zhǎng)期缺乏國家層次的科學(xué)規(guī)劃，經(jīng)費(fèi)投入不足，研發(fā)力量分散，基礎(chǔ)研究缺乏支持。“拿玻璃固化技術(shù)來說，國際上很多國家都已掌握，可從上世紀(jì)70年代至今，我們連自己的玻璃固化實(shí)驗(yàn)裝置都沒有建立起來。”
對(duì)此，柴之芳建議，在核燃料循環(huán)后段研發(fā)和后處理廠建設(shè)方面，應(yīng)以自力更生為主，開展以我為主的國際合作。一定要積極部署核燃料后處理化學(xué)的基礎(chǔ)研究，除了工藝流程研究之外，還包括專用工藝設(shè)備及材料研究（特別是乏燃料剪切機(jī)和溶解器）、分析檢測(cè)技術(shù)研究、遠(yuǎn)距離維修設(shè)備、自控系統(tǒng)、臨界安全研究等。
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