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第１５卷第２期核委全Ｖｏｌ．ｌ５，Ｎｏ．２２０１６年６月ＮｕｃｌｅａｒＳａｆｅｔｙＪｕｎ．２０１６全球乏燃料后处理现状与分析孙学智，罗朝晖＊（环境保护部核与辐射安全中心，北京１０００８２）摘要：乏燃料后处理是充分利用铀资源，保障核能可持续发展，保护环境的关键技术之一，国际上有核国家如何对待处理乏燃料，是每个有环保意识，关心核电发展的人关切的问题。本文调研了国内外乏燃料后处理现状，分析了乏燃料后处理面临的问题和挑战，期望理解和重视乏燃料后处理，共同为保护地球，保护环境献计献策。关键词：核燃料循环；乏燃料后处理；铀转化；铀浓缩中图分类号：ＴＬ２４文章标志码：Ａ文章编号？＿１６７２－５３６０（２０１６）０２－００１３－０４如今，“改善环境质量，推动绿色发展”已生态及人类健康。成为社会共识，所以调整能源结构，降低碳排１．１乏燃料处理与核燃料循环放，发展清洁能源核电，是保持经济持续发展和乏燃料处理是核燃料循环环节的后半部分。生态环境保护的重大措施之一。同其他工业一以反应堆为界燃料循环被分成两大部分，前端包样，发展核电，也会在生产运行过程中产生废括铀矿开采、矿石加工（选矿、浸出、沉淀等多物，其中，从电站核反应堆堆芯中替换出来的种工序）、铀的提取精制、转换浓缩、元件制造“燃烧”后的燃料棒也就是乏燃料，具有极强的等步骤，后端包括对反应堆辐照以后的乏燃料元放射性，国际上有核国家如何对待处理，是每个件进行铀钚分离的后处理以及对放射性废物处有环保意识，关心核电发展的人非常关心的问理、Ｓｔ存和处置。题，乏燃料处理做得好不好，直接与我们的环１．２乏燃料后处理意义境、健康有着密不可分的关系。（１）乏燃料后处理可提高铀资源利用率，解本文对国内外乏燃料处理现状进行了调研和决核燃料资源不足问题归类整理，分析了乏燃料后处理面临的问题和挑通常，压水堆核电站乏燃料中２３５Ｕ为０．８％战，提出了加快实现我国中长期后处理发展目标￣１．３％，比天然２３５Ｕ的含量０．７１％还要高一的建议。些［２］。此外，乏燃料中还含有新生的可裂变物质２３９Ｐｕ。通过后处理过程，可回收到可用的铀和之…、杯，再制成二氧化铀（ｕｒａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅ，Ｕ０２）乏燃料（ｓｐｅｎｔｆｕｅｌ），是使用过的，一般由或杯铀氧化物混合燃料（ｍｉｘｅｄｏｘｉｄｅｆｕｅｌａｓｓｅｍ－核电站的核反应堆产生的核燃料。在反应堆内，ｂｌ，ＭＯＸ）用于热堆或快堆使用。据测算，仅铀核燃料经过中子轰击发生核反应，经过一段时间和钚返回压水堆中使用一项，就可节省天然铀把它从堆内卸出，此时的燃料含有大量没有用完３０％左右。｜的可增殖材料２３８Ｕ或ａ２Ｔｈ等，因燃料的铀含量（２）乏燃料后处理的分离－嬗变，可减少核｜降低，无法继续维持核反应，所以叫乏燃料？。废料量及优化废物管理｜乏燃料中包含有大量的放射性元素，因此具有放在后处理过程中或之后，采用分离－嬗变过＇．射性，如果不加以妥善处理，会严重影响环境、程可实现核废物的最小化，降低其放射性毒性。道收稿日期：２０１６－０５－２６修回日期：２０１６－０５－３１作者简介：孙学智（１９６３—），男，吉林辽源人，博士，研究员，现主要从事辐射安全与防护研究Ｔ．作＊通讯作者：罗朝晖，Ｅ－ｍａｉｌ：１２９９５％６８２＠ｑｑ．ｃｏｍDOI牶牨牥牣牨牰牬牫牪牤j牣cnki牣牨牰牱牪牠牭牫牰牥牣牪牥牨牰牣牥牪牣牥牥牬１４核去全Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．２嬗变是指分离下来的长寿命核裂变产物在中子的路线的国家，有中国、法国、英国、俄罗斯、日辐照下，形成低原子量、稳定、短寿命裂变产物本和印度。的过程。乏燃料若直接进行地质处置，其体积是事实上，现在世界上的大多数乏燃料并没有２ｍ３．ｔｌＴ１，而经后处理后，需地质处置体积低采用这两种处理方式，而是处于暂存的状态，分于０．５ｍ３？ｔＵ－１。地质处置库的装载容量由处置为在堆Ｃ存和离堆Ｉｔ存两种。据统计，目前全球库关闭后其内巷道温度决定，也就是残留在玻璃累计卸出乏燃料约３５万吨，其中１／３被后处理，固化体中的释热核素决定处置库的装载容量。假２／３暂存在在堆水池、离堆水池或离堆干式乏燃如以乏燃料直接处置为参照，提高钚、次锕系与料！ｔ存设施中，并且以每年１．０５万吨的速度增高释热核素ｆＳｒ＾Ｃｓ）的回收率，可显著提高力卩，预计到２０２０年全球乏燃料量将达到４４．５处置库的装载容量。万吨。（３）乏燃料后处理可去掉长寿命放射性核２．２乏燃料后处理素，降低废物长期毒性全世界掌握了乏燃料后处理技术的有９个：乏燃料中包含的钚和次锕系元素毒性大、半法国、俄罗斯、英国、印度、日本、美国、比利衰期长，要在地质处置过程中衰变到天然铀矿的时、德国、中国。水平需要１０万年以上，但经后处理与后续分离法国、英国、印度和俄罗斯正在运营商用后并嬗变以后，其放射性摄入毒性降到天然铀辐射处理厂。法国、英国和俄罗斯还对其它国家的乏水平的时间可减至千年以下，有效地降低了乏燃燃料进行后处理，目前大多数国际合同已到期，料的长期放射性毒性。他们主要处理本国的乏燃料。日本以前绝大部分１．３乏燃料后处理方式乏燃料运输到欧洲由英、法进行后处理，从２００５乏燃料处理方式有三种：一是送往后处理设年起后处理工作全部在国内进行。施从废物中回收其中所含的铀和钚，二是存放在法国拥有世界上最大的轻水堆乏燃料后处理中间贮存设施，三是放入地质处置库进行最终能力设施，即由ＡＲＥＶＡ公司运营的ＵＰ２－８００处置。和ＵＰ３工厂。这两个后处理厂总的运行能力达到目前，世界范围内的大多数乏燃料都Ｃ存在ＰＯＯｔＵ＊，１。其来源地的核电厂。根据所选定的处置路线，最英国两个核燃料后处理厂都在塞拉菲尔德。终处置库可能因此接收未经处理的乏燃料，或一塞拉菲尔德镁诺克斯燃料后处理厂（Ｂ２０５）处般废物，或两者都接收。处置库是用于处置乏燃理镁诺克斯核电站产生的乏燃料，处理能力为料等核材料的地下装置，通常位于地面以下数百１５００ｔＨＭ？ａ＇１；塞拉菲尔德的ＴＨＯＲＰ后处理米深处能够确保放射性核素与生物圈长期隔离的厂处理改进型气冷堆（ＡＧＲ）和压水堆（ＰＷＲ）稳定地质构造中。卸出的乏燃料，其处理能力为１２００ｔＨＭ？ａ－。１Ａｒｔ－，敝＊、丨／＾田挪、〇俄罗斯核电站每年卸出的乏燃料约为＿２７圖，其唯－的后处理厂是由玛雅克化学联合六２．１两种技术路线体经营的ＲＴ－１厂，处理能力为４００ｔＵ．ａ—１。国际上核燃料循环分为闭式核燃料循环和一印度在世界上是第三个建成普雷克斯次通过式核燃料循环两种技术路线。闭式核燃料（ＰＵＲＥＸ）水法后处理流程（用磷酸三丁酯萃＃循环是指回收乏燃料中的铀、钚等易裂变材料以取法从辐照核燃料中回收铀、钚的一种化工过Ｍ及可以利用的次辆系元素等物质，易裂变材料再程）的国家，世界上唯一对坎杜堆乏燃料进行Ｍ加工制造成核燃料组件，其他放射性核素作为废后处理的工厂也在印度。目前有三个后处理厂物最终处置；而一次通过式核燃料循环是指将乏正常运行，最早的特朗贝中试厂处理能力燃料作为放射性废物直接最终处置。６０ｔ？ａ＿＼后建成的塔拉普尔后处理厂（ＰＲＥ－目前，采取一次通过式技术路线的国家有瑞ＦＲＥ１和ＰＲＥＦＲＥ３Ｂ）主要处理重水堆燃料，处典、加拿大、西班牙和美国；采取闭式循环技术理能力分别是１５０ｔ？ａ－１、２００ｔ？ａ－１。孙学智等：全球乏燃科后处理现狀与分析１５日本东海村工厂的设计处理能力为生产能力打下基础；在现有中试厂的基础上，完２７０ｔ？ａ—１，而其每年仅处理大概１０Ｌ该工厂善工艺，改进设备，为后处理厂的实际应用做１９８１年正式运行，迄今为止对日本各电力公司的准备。约１１００ｔ乏燃料进行了后处理。２０１４年９月，日（２）长远目标本原子能开发机构宣布，因要满足新安全标准所尽快实现后处理ＭＯＸ快堆的工业应用，争需投资过大，决定废弃东海村后处理设施。日本取在２０３０年实现后处理厂ＭＯＸ快堆闭路循核燃料有限公司（ＪＮＦＬ）拥有并经营六个所村环商业应用；作为水法后处理功能的完善和提商业后处理厂，该工厂的设计处理能力为高，适时附加水法高放废液全分离或部分分离，８００ｔ？ａ－１，因为福岛核事故的影响，该工厂的以满足次锕系的分离与嬗变需要；继续开展第四正式运营一拖再拖，始终没有成行。代干法后处理技术研究，建立干法核燃料循环示美国后处理研究工作一直很活跃，但时至今范设施＾日没有商业后处理厂运行。２００６年美国提出了全？，ｔ球核能合作伙伴（ＧＮＥＰ）计划，决定恢复包括后处理和快堆在内的核燃料闭式循环方案。然乏燃料后处理是核燃料循环后段中最关键的而，尽管２１个国家已签署了这份协议，该协议一个环节，是乏燃料最广泛的处理方式。全世界却受到越来越严格的审查。美国国会削减了该项不得不面对这样一个事实，核电站卸出的乏燃料目的资金，能源部也推迟了该计划的实施。数量在增长，大部分核电站的在堆贮存水池容量３麵乏燃料处理现状已｜織荷，全球正面临如何酿乏燃料的去向冋题。３．１现状问题的原因是，世界上大多数乏燃料没有及伴随核电发展，我国后处理事业有了突飞猛时进行后处理或深地质处置，而是处于长期贮存进的发展。我国经过多年的实践和探索，全面掌的状态。为保障核电站的持续安全运行，为乏燃握了后处理工艺、关键设备制造技术，建成动力料后处理或深地质处置提供有效缓冲，乏燃料的堆乏燃料后处理中间试验工厂，２０１０年１２月完中间！Ｔ：存、第三代和第四代后处理技术问题成为成热调试，其中乏燃料水池从２００３年开始接受当前国际研究的热点和关注的焦点。大亚湾核电站的乏燃料，至今已成功运行１２年；我国核电迅速发展，可以预测，乏燃料安全建成乏燃料后处理放化综合实验设施等一批重大处置问题将要出现。“未雨绸缪”，我们需要从我设施和装置，作为后处理实验和锕系元素的研发国核能发展、铀资源的现状出发，完善后处理产平台，为我国科研能力建设打下了坚实基础；高业机制，加快后处理人才培养，及时制定相应的放地质处置库实验室前期工作取得进展。核燃料循环产业发展规划，让乏燃料后处理在核另外，中核集团与法国阿海珐于２０１３年签能发展中起到变废为宝，变废为少的作用。署了我国大型商业后处理一再循环工厂合作项；ｗ，目，处理厂建成以后，将具备每年可处理８００ｔ乏太燃料的能力。［１］方锦清．核电解读［Ｚ］．（２０１１－０５－１５）［２０１６－０３－？３２我国后处理技术的未来发展２８］．百科知识ｈｔｔｐ：／／ｗｗｖｖ．３６０ｄｏｃ．ｃｏｍ／ｃｏｎｔｅｎｔ／１２／０９〇２／．？．＾Ｊ５／９１２１５２１＿２３３７５９００８．ｓｈｔｍＪ．■（１）ＴＷＩ＾［２］峰众．浅谈世界后处理職和发展趋势［ｊ］．中国核工业，■继续开展中试厂热试验，检验工艺和设备的２０〇Ｍ６ｈ２６－％＾ｉｊ完备性，完善高放废液处理等配套设施’为形成Ｉ道１６核要全Ｖｏｌ．ｌＳ，Ｎｏ．２ＳｔａｔｕｓｏｆＧｌｏｂａｌＳｐｅｎｔＦｕｅｌＲｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＳＵＮＸｕｅｚｈｉ，ＬＵＯＺｈａｏｈｕｉ＊（ＮｕｃｌｅａｒａｎｄＲａｄｉａｔｉｏｎＳａｆｅｔｙＣｅｎｔｅｒ，ＭＥＰ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８２