核电站乏燃料后处理现状和发展趋势浅析

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料已经超过 １７０００ｔＵ。于 １９７６ 年 ４ 月投入试运行的 ＲＴ１ 后处理 厂是目前俄罗斯仍在运行的后处理厂，年处理能力为 ４００ｔＵ／ 年，累计处理量约为 ４５００ｔＵ。为了处理 ＷＷＥＲ－１０００ 型核电站 的乏燃料，前苏联在上世纪 ７０ 年代计划在克拉斯诺亚尔斯克 地区建设处理能力为 １５００ｔＵ／ 年的 ＲＴ２ 后处理厂。该厂建设了 大约 ３０％以后，由于各种原因，１９８９ 年宣布无限期推迟建设。最 近有相关资料报道，该厂可能于 ２０２０ 年建成运行。
参考文献 ［１］国家发改委．核电中长期发展规划（２００５—２０２０ 年）［Ｒ］． ２００７－１０． ［２］潘自强，张伟星．中国可持续发展铀资源战略研究［Ｒ］． 中国工程院咨询报告，２００４－１２． ［３］乌森．法国的能源安全政策［Ｊ］．国际石油经济，１９９９，（４）：２６． ［４］郑玉辉．中国核能资源利用战略研究［Ｒ］．中国核工业经 济研究中心，２００１－１０．
２．２ 英国 英国是传统的核大国之一，其核工业的发展已经有半个多 世纪的历史了，目前核电发电量约占英国总发电量的 ２５％。英 国一直坚持乏燃料后处理政策，在后处理、核废物管理与处置、 核退役等方面都拥有一定的工业基础和技术。 英国的后处理厂主要在塞拉菲尔德与唐瑞这两个基地。塞 拉菲尔德是目前英国最大的核基地。该国镁诺克斯核电站产生 的乏燃料由塞拉菲尔德镁诺克斯燃料后处理厂（Ｂ２０５）处理。该 厂处理能力为 １５００ｔ ＨＭ／ａ。该国改进型气冷堆（ＡＧＲ）和压水堆 （ＰＷＲ）卸出的乏燃料，则在塞拉菲尔德的 ＴＨＯＲＰ 后处理厂处 理，其处理能力为 １２００ ｔＨＭ／ａ。该厂同时还处理来自国外客户的 轻水堆乏燃料。ＴＨＯＲＰ 后处理厂于 １９７４ 年提出建设构想，经过 ２０ 多年的努力，于 １９９２ 年完工，１９９４ 年开始剪切辐照燃料试 运行，１９９７ 年获得英国核设施检察局（ＮＩＩ）颁发的运行许可证。 ＴＨＯＲＰ 后处理厂在大型后处理厂的设计、建造、运行等方面都 拥有独到的经验和技术，可以处理先进气冷堆和轻水堆的乏燃 料。运行至 ２００４ 年以来，已经累计处理了乏燃料 ５６４４ 吨。 ２．３ 日本 日本从 １９６３ 年开始利用核能。根据电力工业委员会（政府 咨询组织） 所写的报告，核电生产能力将在 ２０１０ 年增加到 ７０ＧＷ，每年产生的乏燃料约 １０００～１５００ｔＵ。根据日本和英、法 签定的后处理合同，１９９８ 年 ９ 月前大约有 ５６００ｔＵ 从轻水堆卸 出的乏燃料通过海运到这两个国家进行后处理。１９７７ 年运行的 东海村后处理厂（ＴＰＲ）截至 ２００２ 年底累积处理乏燃料约 １００９ 吨。 日本正在建造的青森县六个所后处理厂年处理能力为 ８００ 吨铀，其水池贮存能力为 ３０００ 吨，并能贮存从英国和法国后处 理厂返回日本的放射性废物，计划 ２００６ 年热试。六个所后处理 厂包括乏燃料接收与贮存（正在运行）、首端、主工艺和废物处 置与贮存车间。主工艺使用 ＰＵＲＥＸ 流程，除去易裂变产物，并 对铀钚进行分离纯化。六个所后处理厂于 １９９１ 年施工，在 １９９９ 年完成燃料接收和贮存车间的建造，现已贮存大约 ６４０ 吨乏燃 料。２００１ 年 ４ 月在工厂的首端厂房开始水试，２００５ 年 ７ 月完成 建造工作。其工艺厂房的设计主要引进法国的技术，也采用了 英国和西德的一些技术，并尽可能地使用本国技术。全部辅助 设施都使用国内技术，而且全部厂房的设备包括主工艺线也都 采用本国制造的设备，以利于建立日本自己的后处理技术体 系。 ２．４ 俄国 早在上世纪 ４０ 年代末，苏联就开始军用堆乏燃料的后处 理。第一座大型生产堆于 １９４８ 年 ６ 月建成投入运行，与之配套 的后处理厂在 １９４８ 年底到 １９４９ 年初开始投入运行。俄罗斯核 电站每年卸出的乏燃料约为 ７１０ｔＵ，到 ２００６ 年累计卸出的乏燃
（上接第 ３０２ 页） 辟临时便道困难，需采用半幅施工以保证通 车，造成沥青混凝土路面接缝问题比较突出，处理不当将造成纵 向接缝不平整、不密实。因此，施工时必须注意接缝处理，纵缝必 须垂直相接。
⑸施工季节 根据青藏高原的气候特点， 结合青藏公路沥青混凝土路面 多年来的铺筑实践， 沥青混凝土面层最佳施工季节在每年的 ６ 月～９ 月。 ４ 结语 青藏公路沥青混凝土路面的修筑过程也与我国沥青混凝 土路面的发展紧密结合， 从普通沥青混凝土路面发展到目前的 具有良好路用性能的改性沥青混合料路面，取得了很多成果。 （１）在青藏高原的气候环境下，沥青混合料首先应考虑其低
ＵＰ３ 和 ＵＰ２－８００ 厂的联合工程，是欧洲最大的工程项目之 一。预算 ５００ 亿法郎，耗时近 ２０ 年。ＵＰ３ 与 ＵＰ２－８００ 厂顺利运 行，至今没有发生重大的事故，成为成熟商业后处理的典范。法 国通过对该联合工程的巨大投入，促进了法国后处理产业和相 关联的一些高科技产业的大力发展，相应的科研与技术也在世 界上处于领先地位。同时，法国通过对国外客户提供后处理服 务已直接获得了较好的效益。截至 ２００５ 年初，阿格基地累计处 理的轻水堆乏燃料量已达 ２０５００ 吨，其中国内电站乏燃料 １０８６３ 吨，国外为 ９６３７ 吨。
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核电站乏燃料后处理现状和发展趋势浅析
辽宁核电有限公司 栾洪卫 徐俊峰 景继强
［摘 要］论述核电站乏燃料有效管理的相关问题，包括国际上乏燃料管理的三种主要战略考虑，文中还着重分析了 乏燃料后处理的现状、优点和技术特点。 ［关键词］核电站 乏燃料 管理 后处理
１． 概述 １．１ 乏燃料管理策略 为了应对化石燃料的短缺和保证能源安全，核电因其清洁 性和高能量密度而受到青睐，进入了一个积极发展期，由此也 带来了对核电站卸下的乏燃料进行有效管理的问题。目前，对 于乏燃料的管理，国际上主要有三种战略考虑： 其一是后处理战略。即对乏燃料中所含的 ９６％的有用核燃 料进行分离并回收利用，裂变产物和次锕系元素固化后进行深 地质层处置或进行分离嬗变，这是一种闭路核燃料循环。其特 点是铀资源利用率提高，减少了高放废物处置量并降低其毒 性，但缺点是费用可能较高，可生产高纯度的钚，有核扩散的风 险。 其二是一次通过战略。即乏燃料经过冷却、包装后作为废 物送入深地质层处置或长期贮存，美国曾经支持此战略，但其 最终处置场尤卡山项目碰到了困难，现在美国已转向了后处 理。该战略特点是费用可能较低，概念简单；无高纯钚产生，核 扩散风险低。但缺点是废物放射性及毒性高，延续时间长达几 百万年；没有工业运行经验。 还有一种是观望战略，就是等等看。 １．２ 后处理的优点和必要性 乏燃料后处理是我国早已确定的技术路线。１９８３ 年，国务 院科技领导小组召开全国专家论证会，经过对我国核电发展计 划、国内外铀资源情况、国内后处理工艺技术发展水平、后处理 的安全性、经济性等诸多方面的充分论证，确定了“发展核电必 须相应发展后处理”的战略，并在 １９８７ 年日内瓦国际会议上对 外公布了这一决定。 第一，后处理可以充分利用铀资源，保障核电可持续发展。 发展后处理工业是保证我国核电可持续发展的重要环节。压水 堆核电站乏燃料中铀 －２３５ 为 ０．８％～１．３％，比天然铀中的铀 －２３５ 的含量 ０．７１％还高。另外还有新生的可裂变物质钚 －２３９。 通过后处理可从乏燃料中回收有用的铀和钚，再制成 ＵＯ２ 或 ＭＯＸ 燃料返回热堆或快堆使用，大大提高铀资源的利用率。据 专家测算，将后处理得到的铀和钚返回压水堆中使用可节省天 然铀 ３０％左右。如果能实现快堆和后处理的核燃料闭式循环， 铀资源利用率可提高 ６０ 倍左右，这意味着本来仅能使用 ５０～ ６０ 年的天然铀就可利用 ３０００ 余年。 第二，后处理可以使放射性废物减容和降低毒性。后处理 不仅可显著地减少需长期深地质层处置的核废物体积，而且可 使最终废物的放射性毒性大幅度降低。动力堆卸出的乏燃料如 果按“一次通过式”处理方式进行长期深地质层处置，高放废物 量约为 ２ｍ３／ｔＵ。按现在国际上运行的后处理厂的水平，乏燃料经 过后处理后产生的高放废物量约为 ０．５ｍ３／ｔＵ，仅为前者的 １／４。 按照目前后处理工艺技术的水平，铀、钚的回收率可达 ９９．７５％， 使最终处置废物的放射性毒性降低一个数量级以上。 ２． 各国主要后处理厂的现状 ２．１ 法国 法国现在的商业后处理厂集中在阿格中心。经过 ４０ 年的 发展，阿格后处理中心已成为法国最重要的商用后处理基地， 也是目前世界上最大的轻水堆乏燃料后处理中心。在这里运行 的 ＵＰ２－８００ 和 ＵＰ３ 后处理厂总的运行能力达到 １７００ｔＵ／ 年，同 时这两个厂拥有着世界大型商用后处理厂最成熟、先进的工业 后处理技术。
离得到的产品不是纯钚，而是钚和次锕系元素的混合物，可避 免产品用于核武器 制造；同时，在不影响快堆运行的情况下，产 品中可含有适量的裂变产物，其放射性辐射可防止恐怖分子的 接近，且随着超铀产品对裂片去污要求的降低可以降低处 理成 本。所以，这种流程设计比较合理，获得的产品能够满足防扩散 要求。
３． 后处理技术的发展趋势 在后处理技术发展早期，干法流程一度被认为优于水法流 程，后来水法工艺 ＰＵＲＥＸ 流程成为后处理技术的主流，但干法 工艺研究一直很活跃，特别是对于快堆乏燃料的后处理，干法 工艺是一种不可或缺的技术路线。 从近期来说，技术上成熟的水法工艺 ＰＵＲＥＸ 流程是主要 的前进方向，干法被认为是辅助或备用工艺。然而从较长远发 展来看，对先进反应堆（液态金属快堆、气冷堆、熔盐堆等等）乏 燃料的处理，倾向于干法后处理技术的利用。 进一步开发水法后处理工艺所追求的几个主要目标是：尽 量减少待处置废物总体积和活度；回收长寿命的放射性核素供 特殊的处置或嬗变；提高防扩散能力；无盐流程开发和减少循 环数。 现有工艺的改进对工厂运行很重要。例如，英国核燃料有 限公司开发的轻水堆燃料和包壳通过电解法直接溶解，为提高 材料分离和纯化的效率正在进行大量的工 作。日本核循环开发 研究所（ＪＮＣ）正在研究增加一个结晶阶段供钚分离之用。为了 减少废物量，无盐试剂的使用已经得到广泛的研究，例如法国 原子能委员会 （ＣＥＡ）对高浓度硝酸溶液催化调节脱硝作用的研 究。在锕系元素分离工艺这个领域，大部分工作目前正在进行。
２．５ 印度 印度是继美、法之后建成水法 ＰＵＲＥＸ 后处理流程的第三 个国家，也是目前继英、法之后第三个运行商业后处理厂的国 家，同时还是世界上唯一对坎杜堆乏燃料进行后处理的国家， 某些后处理技术处于世界领先地位。 印度在上世纪 ５０ 年代就开始后处理技术的研究，最早的 特朗贝中试厂于 １９６４ 年投运，采用了通用的 ＰＵＲＥＸ 流程，经 过改进，其年处理能力从 ３０ 吨扩大到 ６０ 吨。在特朗贝中试厂 成功运行后，印度先后又建成了塔拉普尔和卡尔帕卡姆两座后 处理厂，塔拉普尔后处理厂（ＰＲＥＦＲＥ １）于 １９７４ 年投产，主要处 理重水堆燃料，设计能力为 １００ｔ／ａ，１９９０ 年实际能力达到 １５０ ｔ／ａ。计划于 ２００５ 年运行 ＰＲＥＦＲＥ ３Ｂ 后处理厂，设计能力为 １５０ｔ／ａ。卡尔帕卡姆后处理厂，原设计处理能力为 １００ｔ／ａ，后决定 扩大一倍，达 ２００ｔ／ａ。由于印度特别重视对快堆乏 燃料的后处 理，印？ 甘地原子研究中心正在建造一座快堆乏燃料后处理厂 （ＦＲＦＲＰ）。 ２．６ 美国 现在通用的后处理 ＰＵＲＥＸ 流程是美国率先开发出来的， 美国商业后处理厂的建造起步也很早。但是，１９７７ 年卡特政府 宣布无限期推迟商业后处理政策，后 来虽然里根政府表示采取 积极步骤支持商业后处理，美国至今没有商业后处理厂运行。 不过，美国后处理研究工作一直很活跃。今年 ２ 月，美国首次推 翻原先制定的 乏燃料“一次通过”政策，表示恢复商业乏燃料后 处理，而且这种后处理技术可以防核扩散。 美国 拟采用 ＵＲＥＸ 流程，该流程的特点是采用一个水法流 程，在首端将占乏燃料 ９６％的铀与仅占 ４％的钚、次锕系元素和 裂变产物分开。大量的铀的分离提取采用水 法流程，可借鉴成 熟的 ＰＵＲＥＸ 流程的经验，所需的分离设备很小。由于该流程分