核電站核廢料成難題 半衰期達數百萬年！

儲存乏燃料的乏燃料水池。

在火電廠，燒掉一堆煤，留下煤渣。而在核電廠，核燃料經過緩慢裂變反應後，卸出乏燃料。

就像火電廠要不斷加煤，當核燃料維持不了一定功率時就需要被更換，這類從反應堆內卸出的核燃料就叫做乏燃料。但「乏」並不等於一無是處，不同於燃煤之後留下的煤渣，乏燃料里仍蘊藏有大量寶貝。將其中高達96%左右未經燃燒的鈾和新產生的核燃料提取出來，就能重新製成核電站發電所需的燃料元件。

對於即將迎來核電快速增長的中國而言，這種鈾資源循環利用的方式，將在很大程度上解「核燃料」之渴。據國際原子能機構（IAEA）估計，中國有120萬-170萬噸潛在鈾資源，目前探明鈾資源儲量約17萬噸。隨著核電機組的增加，中國對鈾資源的需求也越來越大。中核集團地礦事業部統計數據顯示，到2020年，中國預計將出現高達2600噸的天然鈾供應缺口，到2030年，這一數值將攀升至10900噸。對全球而言，天然鈾同樣處於供不應求狀態。

無論從提高鈾資源利用率、保障核能長遠發展角度，還是從減少核廢料角度而言，乏燃料後處理都是核燃料循環中極其關鍵的環節。但在巨大的核能發展需求面前，中國的後處理能力正亟待升級。

乏燃料中榨「鈾」

根據放射性的不同，核廢物分為高放廢物和中低放廢物。其中，乏燃料具有極高放射性，核電站使用過的工作服、手套、廢棄退役的儀器設備等則屬於中低放廢物。

對中低放廢物，中國已經有了較為成熟的處置技術，不論是固體核廢料還是液體核廢料，都先進行固化處理，然後裝進200升的不鏽鋼桶，放在近地表的處置庫。目前，中國已建成了兩個中低放廢物處置場：位於甘肅玉門的西北處置場及位於廣東北龍的華南處置場。

高放廢物的處置則是一個世界性難題。

一座百萬千瓦的火電廠，每年要燒掉約330萬噸煤，但同樣容量的核電站，一年只用30噸核燃料，且在成為乏燃料後，重量變化並不大。以百萬千瓦壓水堆核電站為例，每年產生核乏燃料為25-30噸。

乏燃料中的眾多放射性元素都擁有數以萬年計的半衰期，長的約為210萬年，短的也有近500年。在送至處置庫之前，乏燃料將暫時存放在核電站特殊的硼水池中。

目前國際上通行的乏燃料方式有兩種：一種是以美國為代表的「一次通過」開放核燃料循環方式，乏燃料經過冷卻、包裝後作為廢物送到深地質層處置或長期貯存；而在英法中等國採取的閉式循環中，乏燃料在核電站乏燃料水池中貯存5-8年後，運至後處理廠進行後處理。在後處理環節，乏燃料被切成小塊，扔進酸里溶解，提取出有用的鈾和鈈重新作為燃料循環使用，剩下的廢液交由玻璃固化廠進行固化，再裝進特製的廢物罐中，運送到永久性處置場封存。

核燃料循環示意圖。除堅定走一次通過與閉式循環道路的國家外，也有的國家選擇先將乏燃料臨時貯存。

通常來講，壓水堆核電站鈾資源的利用率僅為0.6%左右，如果對乏燃料進行後處理，用「榨」出來的鈾在壓水中再循環一次，可節省天然鈾25%；若如此多次循環，則鈾資源的利用率可以達到1%；

若將後處理得到的鈈與鈾富集後剩下的貧鈾製成快堆燃料，則鈾資源的利用率可以達到60%到70%。

中國原子能科學研究院科技委原副主任顧忠茂曾在2011年撰文指出，即使按照全世界當時的核電站乏燃料卸出量（約1萬噸/年）估算，「一次通過」循環方式需要全世界每6-7年就建造一座規模相當於美國尤卡山庫（設計庫容7萬噸）的地質處置庫。只要全世界核電裝機容量增加1倍，則就需每3-4年左右建設一座地質處置庫，這顯然是難以承受的負擔。

而且，乏燃料中包含了所有放射性核素髮熱源，單位體積廢物所需的處置空間大。

相比之下，以百萬千瓦壓水堆核電站每年產生30噸乏燃料計算，若對其進行後處理，則其高放廢物可以濃縮在玻璃體中，放射性水平也將大大降低，比較「頑固」的長壽命放射性核素減少。

最薄弱的環節

對於後處理的建設，一位日本專家曾打過這樣的比喻：現在很多國家都在建核電站，就好像吃東西一樣，大家現在都吃最好的一段，但是對乏燃料後處理考慮不夠，這樣發展下去的話核電將不能可持續發展。

對於全球核電在建規模穩居世界第一的中國而言，這種核電站建設與後處理髮展之間的脫鉤情形尤為凸顯。截至目前，中國在建核電機組共26台，投入商業運行的核電機組共25台，在運總裝機容量23.57GW（額定裝機容量，1GW=1000MW，1MW=1000KW，1KW=1000W），且擁有2020年核電裝機容量達到58GW、在建容量達到30GW以上的核電發展藍圖。

隨著核電機組的陸續建成和投運，乏燃料的產生量和累積量將呈逐年上升趨勢。相關統計數據顯示，到2015年中國乏燃料產生量累計可達3500噸，到2020年將達到10000噸左右。

目前，中國尚未建成商用大型乏燃料後處理廠，國內首座、同時也是唯一一座動力堆乏燃料後處理中間試驗工廠就建在位於甘肅的中核404廠，中試工程年處理能力遠遠不能滿足中國乏核燃料後處理的需求。乏燃料後處理/再循環成為中國核燃料循環中最薄弱的環節。

法國是核燃料循環後端產業的先行者，擁有世界上規模最大、工藝最成熟、技術最先進的商業乏燃料後處理及再循環工業，年處理能力達1600噸，不僅滿足國內需求，同時能夠為日本、西班牙、瑞典等他國提供服務。

美國雖出於防核擴散原因停止了商業後處理活動，但從未停止過後處理技術的研發。

印度在上世紀50年代就開始後處理技術的研究，是繼英、法、俄羅斯之後第四個運行商業後處理廠的國家，其釷燃料閉式循環路線與快堆乏燃料後處理技術均處於較先進水平。

中國的商用後處理大廠建設之所以緊迫，不僅是出於巨大的現實需求，從長遠看，還源自中國核電發展「壓水堆-快堆-聚變堆」三步走發展戰略。快堆所使用的燃料首先必須要從壓水堆乏燃料中提取而得，沒有後處理大廠，快堆將成為一座「孤島」，快堆運行將面臨「無米之炊」的尷尬。後處理大廠的設計與建設是一項難度很大的複雜系統工程，時間跨度達15年甚至更久。

「在快堆核能系統中，快堆好比心臟，核燃料循環好比動脈。」中國原子能科學研究院科技委原副主任顧忠茂曾表示，「如果後處理的能力上不去，那麼快堆的規模也就上不去。」

兩條腿走路

迫切形勢下，中國的自主開發與引進國外先進後處理廠技術正在同步推進。

前述中核404後處理中試廠，於2010年12月21日取得熱調試成功，標誌著中國已掌握了動力堆乏燃料後處理技術。

因此，這座中試廠的意義就在於：打通核電站後處理的工藝流程；檢驗、驗證設備、儀器、儀錶的可靠性和安全性；為將來商業規模更大的後處理廠積累設計經驗、運行經驗、建造經驗。

從某種意義上而言，中核404中試廠的熱調試成功也提高了中國在引進國外後處理技術時的議價能力，增加了談判籌碼。

在去年5月的一場答記者問中，國防科技工業局副局長、國家原子能機構副主任王毅韌曾對中國的乏燃料後處理能力建設路徑給出清晰界定：一是繼續對中試廠進行完善配套，將中試廠建成為綜合科研實驗平台，形成連續處理能力，初步打通核燃料閉合循環之路。二是在後處理中試廠的基礎上，開展科研攻關，優化主工藝，放大關鍵設備，具備自主設計、自主建造、自主營運乏燃料後處理示範工廠的能力，依靠自主技術建設工業規模後處理工程。三是積極開展國際合作，堅持以我為主，中外合作開展商業規模後處理大廠建設。

關鍵詞即為：自主開發、中外合作，兩條腿走路。

在中核集團2012年底發布的「龍騰2020」科技創新計劃中，具有自主知識產權的200噸大型商用乏燃料後處理示範工程被納入首批8個科技創新示範工程之中。

2013年，中核集團與世界核燃料循環後端的龍頭企業、法國阿海琺集團簽署了大型商業後處理-再循環工廠項目合作意向書，該後處理大廠項目將採用國際先進後處理再循環技術進行建設。2030年投運後，具備年800噸乏燃料後處理能力。

今年6月底，在中法兩國總理共同見證下，中核集團總經理錢智民與阿海琺集團首席執行官顧菲（Philippe Knoche）在巴黎簽署了《中國核工業集團公司與阿海琺集團關於後處理/再循環工廠項目合同商務談判工作路線圖的諒解備忘錄》。?

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