評論丨大力提升乏燃料后處理能力
來源：《中國電力報》 時間：2023-07-11 11:12
羅曼
今年稍早些時候，中法兩國簽署《中華人民共和國和法蘭西共和國聯合聲明》，其中提到“兩國支持雙方企業研究在核廢料后處理等問題上加強工業和技術合作的可能性”。此后，乏燃料后處理問題又一次引起行業熱議。
乏燃料是在核反應堆中經受過輻射照射、達到預期燃耗的核燃料，通常由核電廠或研究型核反應堆產生，乏燃料中包含有大量的放射性元素，若不加以妥善處置，將對環境造成嚴重影響。當前，國際上對乏燃料的處置技術路線主要分為兩種：一種是開式燃料循環，也被稱為一次性通過長期處置，是在不進行資源再利用的情況下，將乏燃料直接通過整備和處置工藝技術包裝深埋處理，采用此技術路線的國家主要有美國、加拿大、瑞典、芬蘭等。另一種是閉式燃料循環，是通過化學的方式將乏燃料中未被充分利用的資源分離提取，重新加入反應堆中進行利用，而其他廢物進行反應堆嬗變或玻璃固化掩埋，俄羅斯、法國、英國、日本等國采用此路線。
早在1983年，我國經過對國內外鈾資源情況、核電發展計劃及乏燃料后處理工藝技術發展水平等多方面論證后，明確了“發展核電必須相應發展后處理”的戰略，并在1987年日內瓦國際會議上公布了這一決定。2007年，國家發展改革委發布的《核電中長期發展規劃（2005—2020年）》提出積極推進核電建設的電力發展基本方針，按照熱中子反應堆—快中子反應堆—受控核聚變堆“三步走”步驟開展工作，并確定了堅持核燃料閉合循環的技術路線。
乏燃料后處理屬于高精尖技術，按照國際經驗，處理廠從開工建設到完工至少需要10年時間。近年來，隨著核電事業蓬勃發展，我國已累計產生乏燃料超過7000tHM（噸鐵）。隨著壓水堆裝機容量快速增長，業內預計，2025年我國乏燃料總量將超過14000tHM。目前，法國、英國、俄羅斯、印度等國乏燃料后處理產能已可覆蓋最新年產生量，而我國僅有中核四〇四有限公司于2010年投產的中試廠產能為50tHM/年。國內約90%乏燃料貯存于核電站內乏燃料水池中，乏燃料水池的貯存能力多為10~20年，而我國最早一批核電站建成并網時間為20世紀90年代，越來越多的核電站乏燃料在堆貯存能力趨于飽和。
綜合考慮，大力提升乏燃料后處理能力已成為我國踐行積極安全有序發展核電策略的當務之急，需從人才培養、技術創新、資金支持等方面著手補齊短板。
第一，重視乏燃料后處理人才培養。核學科是高門檻的重量級學科，人才則是核工業創新發展的根基。由于后處理技術的特殊性和工作地域偏遠等因素，我國乏燃料后處理領軍人才十分短缺，無法滿足核工業發展的需求。這就需要構建服務于我國核工業持續健康發展的乏燃料后處理人才培養體系：一方面，要加強基礎研究，有計劃地培育、建立國家級后處理人才培養重點學科和國家重點實驗室。另一方面，要創新體制機制，充分發揮核工業企事業單位重要作用，建立產學研用相結合的后處理人才培養模式。
第二，重點突破乏燃料后處理核心技術。乏燃料后處理是一個復雜的系統工程，其技術范疇涉及核科學技術、信息技術、自動控制技術、新材料技術、遙測/遙感技術、微電子技術、激光技術等多領域多學科。為確保核工業可持續發展，必須進一步加大我國乏燃料后處理技術研究開發力度，為乏燃料商用后處理大廠建設做好準備。在積極參與國際合作的同時，認清當前國外乏燃料后處理技術、標準和環境要求不斷變化的事實，勇于自主創新，突破國際傳統乏燃料后處理設計思路，實現關鍵技術的跨越發展。
第三，適時調整乏燃料后處理基金征收費率。與世界上多數發展核電的國家一樣，我國乏燃料后處理實行基金制，并以電價形式向發電企業征收相關費用。根據2010年財政部、國家發展改革委、工信部發布的《核電站乏燃料處理處置基金征收使用管理暫行辦法》規定，乏燃料處理處置基金按照核電廠已投入商業運行五年以上壓水堆核電機組的實際上網銷售電量征收，征收標準為0.026元/千瓦時。然而，從20世紀90年代至今，我國核電已匯聚了二代、三代各種堆型機組，四代核電也已示范應用，產生的乏燃料的類型、規格等不盡相同甚至差異巨大，仍以同一標準征收乏燃料后處理基金已不合時宜，可適時研究制定差異化的乏燃料后處理基金征收費率制度。
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后處理技術可分為水法后處理技術和干法后處理技術（也稱非水法后處理）：
水法后處理技術主要指溶劑萃取法（液液萃取法）、離子交換法、沉淀法等。水法后處理是將乏燃料溶解為溶液，利用鈾钚與其他元素化學行為的差異分離回收鈾钚。水法后處理技術以PUREX（普雷斯克）流程為標志，PUREX流程是唯一實現工業化應用的后處理流程。水法后處理是處理熱堆乏燃料的成熟方法，經過優化，可以處理長冷卻期的快堆MOX（混合氧化物）乏燃料。PUREX流程以磷酸三丁酯（TBP）為萃取劑，飽和烷烴為稀釋劑，利用U、Pu以及裂片元素相互之間被萃行為的差異來實現鈾钚的分離與凈化。
干法后處理技術是在高溫熔鹽中進行鈾、钚等物質的回收。干法后處理按使用的技術原理不同可分為揮發法、萃取法和電解法三類。由于后處理過程在非水體系中進行，預期具有抗輻解性好、臨界安全性高等優勢，可用于金屬燃料、放射性很高的燃料（乏燃料的及早處理）或次錒系元素（MA）含量高的燃料的后處理，被認為是快堆乏燃料后處理的技術選項。目前國際上的干法后處理技術整體處于實驗室研究開發階段，尚未進行工業應用。（來源：中國科學院高能物理研究所核能放射化學實驗室）
責任編輯：張棟鈞
