文/王澤平 戚文華

1.國際上乏燃料的普遍處置方式

當(dāng)前，國際上對乏燃料的處置方式主要有三種：一是閉式循環(huán)，即分離、回收和利用乏燃料中的鈾和钚，代表國家有法國、日本、俄羅斯、英國和中國；二是一次通過循環(huán)，即乏燃料經(jīng)冷卻后，包裝深埋處置，代表國家有美國、加拿大、德國、芬蘭和瑞典；三是長期中間儲存，即現(xiàn)時采取觀望的態(tài)度，待技術(shù)路線成熟后再明確處置方式，代表國家有西班牙、韓國、墨西哥等[1]。

核電強國美國一直支持一次通過循環(huán)的乏燃料處置方式，并在2013年發(fā)布的《乏燃料和高放廢物管理與處置戰(zhàn)略》中明確，未來數(shù)十年仍將采取乏燃料直接處置的策略。

世界各國公認乏燃料處置的最佳及最終方式是長期深層地質(zhì)存儲。擁有商用核電站的國家正計劃將各自的不同核燃料循環(huán)體系所產(chǎn)生的放射性廢物等在深層地質(zhì)存儲庫中進行存儲。世界各核監(jiān)管機構(gòu)已基本達成共識，在深層地質(zhì)存儲庫中存儲、隔離和管理乏燃料是最為負責(zé)的一種方式。目前，芬蘭、瑞士、法國已完成乏燃料后處理廢物存儲庫的選址，并積極推進建設(shè)工作；中國、加拿大、德國、瑞士、日本、俄羅斯等正在積極開展儲存庫的選址工作。

2.乏燃料后處理的優(yōu)勢

乏燃料后處理可提高鈾資源的利用率。天然鈾中鈾-235含量約0.71%，壓水堆核電站卸出的乏燃料中鈾-235含量為0.8%～1.3%，比天然鈾還高。乏燃料后處理技術(shù)可回收鈾和钚，再制作成UO2和MOX燃料返回?zé)岫?、快堆使用，實現(xiàn)鈾資源利用率的提高。根據(jù)專家推測，壓水堆使用乏燃料后處理技術(shù)可節(jié)省30%左右的天然鈾；如果能實現(xiàn)快堆和后處理核燃料閉式循環(huán)，鈾資源的利用率可提高60倍左右[2]。

乏燃料后處理可使放射性廢物減容和毒性降低。乏燃料如按照一次通過循環(huán)的方式直接進行長期深層地質(zhì)存儲，高放廢物量約2立方米/噸鈾，如對乏燃料進行后處理，產(chǎn)生的高放廢物量約0.5立方米/噸鈾，減少約75%。按照當(dāng)前國際上后處理的工藝技術(shù)水平，鈾、钚回收率可達99.75%。同時，乏燃料中钚和次錒系元素放射性降低到基本無害的時間也從幾十萬年縮短為千年左右，分離出來的放射性元素也可能進行嬗變，從而進一步減少最終處置廢物的放射性毒性[3]。

3.乏燃料后處理面臨的問題

乏燃料后處理技術(shù)使鈾資源利用率提高，但需要付出高昂的成本。由于后處理過程中涉及大量的放射性，對工作環(huán)境要求極其苛刻，且有較多的放射性存量。乏燃料后處理分離、回收和利用的钚有劇毒，而且是最重要的防止核材料擴散的物質(zhì)。實質(zhì)上，后處理廠就是運行、維護、檢修都需要遠程操控，具有核臨界性質(zhì)的化工廠。因此，后處理廠的安保等級要求和潛在風(fēng)險均非常高。

后處理工藝技術(shù)復(fù)雜，工程建設(shè)周期長，不確定因素多，且乏燃料只能處理一次，MOX燃料使用后無法處理。目前國際上已建成和在建的不同規(guī)模輕水堆乏燃料商業(yè)后處理廠尚未標(biāo)準(zhǔn)化，需要在工程實踐中逐步積累經(jīng)驗。法國阿格后處理廠（UP2-800和UP3運行中）、英國THORP后處理廠（運行中）、日本六個所后處理廠（在建）在工程實施過程中均遇到了諸多技術(shù)問題。

日本六個所后處理廠由法國阿?，m設(shè)計，年處理能力800噸鈾/年，1993年開始建設(shè)，原定1997年完工，現(xiàn)已推遲24次，2015年初，建設(shè)資金已達2.14萬億日元（約合210億美元），最新預(yù)計2021年完工。迄今，近30年建設(shè)期造成六個所后處理廠的總成本（包括運營費用）預(yù)計達到13.9萬億日元（約合1220億美元），建設(shè)期過長導(dǎo)致的后期維修費用可能進一步推高總成本。

后處理廠從開工建設(shè)到完工至少需要10年的時間，按照核電中長期發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)推測，到2030年，國內(nèi)核電站累積卸出乏燃料約25300噸，離堆貯存需求達15000噸，即便中外合作建設(shè)的后處理廠順利投產(chǎn)使用，800噸鈾/年的處理能力也很難解決乏燃料池飽和的問題。

當(dāng)前，我國如建設(shè)800噸鈾/年處理能力的后處理廠，保守預(yù)估建設(shè)費用至少需要1200億元，按每臺百萬千瓦壓水堆核電機組年產(chǎn)生乏燃料20-25噸計算，對應(yīng)處理約24臺核電機組全生命周期乏燃料產(chǎn)生量，每臺機組的乏燃料后處理費用達數(shù)十億元，如再加上后處理廠的運行費用，分攤到核電機組的成本將更高，對核電的上網(wǎng)電價將產(chǎn)生超過10%的影響。

4.我國核燃料的技術(shù)路線

80年代初，我國開始開發(fā)民用核電站，當(dāng)時普遍認為，在我國鈾資源缺乏的情況下，建立乏燃料后處理體系可以提高鈾資源的利用率，并為未來發(fā)展快堆提供燃料。1983年，我國經(jīng)過對核電發(fā)展計劃、國內(nèi)外鈾資源情況及后處理工藝技術(shù)發(fā)展水平、安全性、經(jīng)濟性等方面進行充分論證后，明確了“發(fā)展核電必須相應(yīng)發(fā)展后處理”，并在日內(nèi)瓦國際會議上對外公布。

2007年，《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2005-2020）》明確提出積極推進核電建設(shè)的發(fā)展方針，按照熱中子反應(yīng)堆-快中子反應(yīng)堆-受控核聚變堆“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略，并確定了核燃料選擇閉式循環(huán)的技術(shù)路線。近期，我國一直積極尋求通過國際合作建設(shè)處理能力800噸鈾/年乏燃料后處理廠。

5.建立乏燃料后處理體系應(yīng)深入研究和慎重決策

我國核電正以較快的速度發(fā)展，目前，已實現(xiàn)商運的核電機組39臺，容量約3802萬千瓦，在建核電機組19臺，容量約2174萬千瓦，在建核電機組數(shù)量世界第一。未來，我國乏燃料數(shù)量持續(xù)增加是不爭的事實，努力實現(xiàn)核電可持續(xù)發(fā)展也是必由之路，但現(xiàn)階段是否建設(shè)800噸鈾/年處理能力的乏燃料后處理廠值得商榷。

目前，國際上普遍使用的PUREX后處理流程由美國研發(fā)，美國的商用后處理廠起步較早。但1977年卡特政府宣布無限期推遲商業(yè)后處理政策后，至今仍沒有商用后處理廠運行。發(fā)展核電較早的美國的乏燃料數(shù)量相比其他國家更多，并一直堅持乏燃料后處理技術(shù)的研究，但停滯現(xiàn)有的商用后處理技術(shù)必定有其深層次值得思考的原因。

2017年底，我國福建省霞浦示范快堆工程開工建設(shè)，未來將與乏燃料后處理技術(shù)形成燃料閉式循環(huán)體系，大幅提高鈾資源利用率。全球僅美國、俄羅斯、法國、英國、德國、日本、印度和中國8個國家建成大小鈉冷快堆20座，積累400多堆年運行經(jīng)驗，且大部分由研究堆和實驗堆積累，尚無法建立商業(yè)模式，商運經(jīng)驗匱乏。目前，僅俄羅斯、日本、印度和中國有快堆運行，法國、英國、美國和德國快堆有關(guān)設(shè)施都先后被拆除或封存[4]。因此，規(guī)模化發(fā)展快堆將是一個長期的過程，并且，值得思考的另一個因素是快堆并非一定使用MOX燃料。

綜上，無論從經(jīng)濟或技術(shù)角度考慮，當(dāng)前我國建設(shè)乏燃料后處理廠面臨較高的風(fēng)險，項目一旦開建將延續(xù)數(shù)十年，涉及數(shù)千億投入，且中途無法“脫身”。如果為了解決核電廠乏燃料儲存問題，我國完全可以暫按一次通過循環(huán)的方式處置，并不需要急于建設(shè)后處理廠。選擇核燃料閉式循環(huán)或一次通過循環(huán)技術(shù)路線均需要建設(shè)深層地質(zhì)存儲庫，因此，我國當(dāng)前應(yīng)盡早完成深層地質(zhì)存儲庫的研究、選址和試驗驗證等工作。