核电发展：绕不过的后处理

按规划，2020年我国预计运行5800万千瓦各型反应堆机组，每年产生的乏燃料或超过1000吨，建设大规模乏燃料后处理厂的需求越来越强烈——

乏燃料后处理是目前已知的最复杂和最具挑战性的化学处理过程之一，也是核电发展中最具争议性的议题。近日，连云港市民反对中法核循环项目落户当地，将这个突出问题从幕后推到了台前。

多位院士在采访中向《中国科学报》记者强调，乏燃料后处理和废物处置需要先进的技术。只要核电产业向前发展，该问题就不可能回避。

不容忽视的环节

“很多人将燃烧后的核燃料称为核废料，这其实是错误的叫法。”中国工程院院士潘自强接受《中国科学报》采访时指出，乏燃料才是其正确的称呼。

乏燃料，指的是在反应堆内燃烧过的核燃料，经过一定的时间从反应堆内卸出。核燃料元件在经过裂变反应发电后，大约仍有95%的铀没有被燃烧，同时，经过反应后又会产生一些新核素，如1%的钚和4%的其他核素。

潘自强表示，乏燃料可不能随意处理，目前国际上主要有直接处置和再循环两种途径。直接处置是将经妥善封装的乏燃料，长期或永久贮存于合适的地质环境，美国、瑞典、芬兰等国采用这种方式。再循环即将乏燃料送入后处理厂，将所含的有用物质进行分离、回收再利用，之后将废物固化后进行深地质层处置或分离嬗变。“中国采用的是闭式燃料循环后处理战略。同时采用该方式的还有法国、日本、俄罗斯、印度等国。”

中国工程院院士徐銤向《中国科学报》记者表示，在整个核能体系中，乏燃料的后处理是不容忽视的一个环节。

“从乏燃料中提取的核材料重新制成核燃料返回到压水堆、快堆或重水堆中使用发电，进而大大提高铀资源的利用率；后处理产生的高放废液可使用玻璃固化技术进行固化，大大降低乏燃料管理难度，提高固有安全。”徐銤表示，先进的核燃料循环体系可实现核能资源利用的最大化和放射性废物的最少化。

万里长征迈出第一步

在没有进行后处理之前，乏燃料只能暂存。一般而言，各个核电厂都建有乏燃料贮存水池，自身反应堆卸出的乏燃料会暂时储存在这一水池中，待其衰变热适当降低、可以运送时，再送到场外的设施处置。

“但是暂存不是永久的，通常在厂房内贮存10年左右。”潘自强介绍说。之后将其送乏燃料贮存水池和干式贮存装置贮存，然后需要进行直接处置或通过专业运输送到后处理厂。乏燃料的后处理需要经过接受与贮存、剪切与溶解、去污、分离、纯化回收等步骤。

2010年12月底，中国第一座动力堆乏燃料后处理中间试验工厂热调试成功。这座中国唯一的动力堆乏燃料元件后处理中间试验厂，位于甘肃省河西走廊西部，祁连山下的茫茫大戈壁滩中。徐銤告诉记者，它的乏燃料处理能力为50吨/年。

这是我国后处理技术水平提升的第一个尝试，但只是我国在发展核循环产业万里长征中迈出的第一步。

按照我国核能发展规划，2020年预计运行5800万千瓦各型反应堆机组，这意味着核电每年产生的乏燃料将超过1000吨。因此，我国建设更大规模乏燃料后处理厂的需求越来越强烈。

2012年，中核集团发布了“龙腾2020”科技创新计划，首批入选的项目中包括具有中国自主知识产权的200吨大型商用乏燃料后处理示范工程。

一个不争的事实是，作为后处理技术起步较晚的国家，要完全自主掌握与核电发展所需商业后处理厂的设计与关键设备制造等技术，时间和经济成本都太大了。“我们采用引进加自主研究的国际合作方式。”潘自强说。

2013年，中核集团与法国阿海珐公司签署了中国大型商业后处理—再循环工厂项目合作意向书，计划2030年建成具备年800吨的乏燃料后处理能力。

基础研究需跟进

国际核能界的共识是，在现阶段的核能发展中，最担忧的就是核电产业前、后端发展不平衡。我国也不例外。

“与我国各级政府高度重视核电站建设相比，核燃料循环体系的研发严重滞后，这势必影响我国核电的可持续发展，更会对核电安全带来潜在危害。”中国科学院院士柴之芳接受《中国科学报》记者采访时直言，我国核燃料循环后段研究滞后，尚未形成工业能力，是我国核能体系中最薄弱的环节，在铀钚氧化物核燃料元件制造和乏燃料后处理等关键领域甚至比印度还落后20至25年。

法国目前的乏燃料后处理能力为1600吨/年，建有两个年处理能力为800吨的处理厂。英国乏燃料后处理能力第二，处理能力为1200吨/年，其次是日本，处理能力为800吨/年。相比之下，中国的乏燃料后处理产业还处于前期发展阶段。

潘自强指出，我国核燃料循环后段长期缺乏国家层次的科学规划，经费投入不足，研发力量分散，基础研究缺乏支持。“拿玻璃固化技术来说，国际上很多国家都已掌握，可从上世纪70年代至今，我们连自己的玻璃固化实验装置都没有建立起来。”

对此，柴之芳建议，在核燃料循环后段研发和后处理厂建设方面，应以自力更生为主，开展以我为主的国际合作。一定要积极部署核燃料后处理化学的基础研究，除了工艺流程研究之外，还包括专用工艺设备及材料研究（特别是乏燃料剪切机和溶解器）、分析检测技术研究、远距离维修设备、自控系统、临界安全研究等。