核電發展：繞不過的后處理

　　 按規劃，2020年我國預計運行5800萬千瓦各型反應堆機組，每年產生的乏燃料或超過1000噸，建設大規模乏燃料后處理廠的需求越來越強烈——

　　乏燃料后處理是目前已知的最復雜和最具挑戰性的化學處理過程之一，也是核電發展中最具爭議性的議題。近日，連云港市民反對中法核循環項目落戶當地，將這個突出問題從幕后推到了臺前。

　　多位院士在采訪中向《中國科學報》記者強調，乏燃料后處理和廢物處置需要先進的技術。只要核電產業向前發展，該問題就不可能回避。

　　不容忽視的環節

　　“很多人將燃燒后的核燃料稱為核廢料，這其實是錯誤的叫法。”中國工程院院士潘自強接受《中國科學報》采訪時指出，乏燃料才是其正確的稱呼。

　　乏燃料，指的是在反應堆內燃燒過的核燃料，經過一定的時間從反應堆內卸出。核燃料元件在經過裂變反應發電后，大約仍有95%的鈾沒有被燃燒，同時，經過反應后又會產生一些新核素，如1%的钚和4%的其他核素。

　　潘自強表示，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兩種途徑。直接處置是將經妥善封裝的乏燃料，長期或永久貯存于合適的地質環境，美國、瑞典、芬蘭等國采用這種方式。再循環即將乏燃料送入后處理廠，將所含的有用物質進行分離、回收再利用，之后將廢物固化后進行深地質層處置或分離嬗變。“中國采用的是閉式燃料循環后處理戰略。同時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《中國科學報》記者表示，在整個核能體系中，乏燃料的后處理是不容忽視的一個環節。

　　“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電，進而大大提高鈾資源的利用率；后處理產生的高放廢液可使用玻璃固化技術進行固化，大大降低乏燃料管理難度，提高固有安全。”徐銤表示，先進的核燃料循環體系可實現核能資源利用的最大化和放射性廢物的最少化。

　　萬里長征邁出第一步

　　在沒有進行后處理之前，乏燃料只能暫存。一般而言，各個核電廠都建有乏燃料貯存水池，自身反應堆卸出的乏燃料會暫時儲存在這一水池中，待其衰變熱適當降低、可以運送時，再送到場外的設施處置。

　　“但是暫存不是永久的，通常在廠房內貯存10年左右。”潘自強介紹說。之后將其送乏燃料貯存水池和干式貯存裝置貯存，然后需要進行直接處置或通過專業運輸送到后處理廠。乏燃料的后處理需要經過接受與貯存、剪切與溶解、去污、分離、純化回收等步驟。

　　2010年12月底，中國第一座動力堆乏燃料后處理中間試驗工廠熱調試成功。這座中國唯一的動力堆乏燃料元件后處理中間試驗廠，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水平提升的第一個嘗試，但只是我國在發展核循環產業萬里長征中邁出的第一步。

　　按照我國核能發展規劃，2020年預計運行5800萬千瓦各型反應堆機組，這意味著核電每年產生的乏燃料將超過1000噸。因此，我國建設更大規模乏燃料后處理廠的需求越來越強烈。

　　2012年，中核集團發布了“龍騰2020”科技創新計劃，首批入選的項目中包括具有中國自主知識產權的200噸大型商用乏燃料后處理示范工程。

　　一個不爭的事實是，作為后處理技術起步較晚的國家，要完全自主掌握與核電發展所需商業后處理廠的設計與關鍵設備制造等技術，時間和經濟成本都太大了。“我們采用引進加自主研究的國際合作方式。”潘自強說。

　　2013年，中核集團與法國阿海琺公司簽署了中國大型商業后處理—再循環工廠項目合作意向書，計劃2030年建成具備年800噸的乏燃料后處理能力。

　　基礎研究需跟進

　　國際核能界的共識是，在現階段的核能發展中，最擔憂的就是核電產業前、后端發展不平衡。我國也不例外。

　　“與我國各級政府高度重視核電站建設相比，核燃料循環體系的研發嚴重滯后，這勢必影響我國核電的可持續發展，更會對核電安全帶來潛在危害。”中國科學院院士柴之芳接受《中國科學報》記者采訪時直言，我國核燃料循環后段研究滯后，尚未形成工業能力，是我國核能體系中最薄弱的環節，在鈾钚氧化物核燃料元件制造和乏燃料后處理等關鍵領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業還處于前期發展階段。

　　潘自強指出，我國核燃料循環后段長期缺乏國家層次的科學規劃，經費投入不足，研發力量分散，基礎研究缺乏支持。“拿玻璃固化技術來說，國際上很多國家都已掌握，可從上世紀70年代至今，我們連自己的玻璃固化實驗裝置都沒有建立起來。”

　　對此，柴之芳建議，在核燃料循環后段研發和后處理廠建設方面，應以自力更生為主，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的基礎研究，除了工藝流程研究之外，還包括專用工藝設備及材料研究（特別是乏燃料剪切機和溶解器）、分析檢測技術研究、遠距離維修設備、自控系統、臨界安全研究等。