評(píng)論丨大力提升乏燃料后處理能力
來源：《中國電力報(bào)》 時(shí)間：2023-07-11 11:12
羅曼
今年稍早些時(shí)候，中法兩國簽署《中華人民共和國和法蘭西共和國聯(lián)合聲明》，其中提到“兩國支持雙方企業(yè)研究在核廢料后處理等問題上加強(qiáng)工業(yè)和技術(shù)合作的可能性”。此后，乏燃料后處理問題又一次引起行業(yè)熱議。
乏燃料是在核反應(yīng)堆中經(jīng)受過輻射照射、達(dá)到預(yù)期燃耗的核燃料，通常由核電廠或研究型核反應(yīng)堆產(chǎn)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(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。當(dāng)前，國際上對(duì)乏燃料的處置技術(shù)路線主要分為兩種：一種是開式燃料循環(huán)，也被稱為一次性通過長期處置，是在不進(jìn)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(shù)包裝深埋處理，采用此技術(shù)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(huán)，是通過化學(xué)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(yīng)堆中進(jìn)行利用，而其他廢物進(jìn)行反應(yīng)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(jīng)過對(duì)國內(nèi)外鈾資源情況、核電發(fā)展計(jì)劃及乏燃料后處理工藝技術(shù)發(fā)展水平等多方面論證后，明確了“發(fā)展核電必須相應(yīng)發(fā)展后處理”的戰(zhàn)略，并在1987年日內(nèi)瓦國際會(huì)議上公布了這一決定。2007年，國家發(fā)展改革委發(fā)布的《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2005—2020年）》提出積極推進(jìn)核電建設(shè)的電力發(fā)展基本方針，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”步驟開展工作，并確定了堅(jiān)持核燃料閉合循環(huán)的技術(shù)路線。
乏燃料后處理屬于高精尖技術(shù)，按照國際經(jīng)驗(yàn)，處理廠從開工建設(shè)到完工至少需要10年時(shí)間。近年來，隨著核電事業(yè)蓬勃發(fā)展，我國已累計(jì)產(chǎn)生乏燃料超過7000tHM（噸鐵）。隨著壓水堆裝機(jī)容量快速增長，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，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(chǎn)能已可覆蓋最新年產(chǎn)生量，而我國僅有中核四〇四有限公司于2010年投產(chǎn)的中試廠產(chǎn)能為50tHM/年。國內(nèi)約90%乏燃料貯存于核電站內(nèi)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(wǎng)時(shí)間為20世紀(jì)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(fā)展核電策略的當(dāng)務(wù)之急，需從人才培養(yǎng)、技術(shù)創(chuàng)新、資金支持等方面著手補(bǔ)齊短板。
第一，重視乏燃料后處理人才培養(yǎng)。核學(xué)科是高門檻的重量級(jí)學(xué)科，人才則是核工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的根基。由于后處理技術(shù)的特殊性和工作地域偏遠(yuǎn)等因素，我國乏燃料后處理領(lǐng)軍人才十分短缺，無法滿足核工業(yè)發(fā)展的需求。這就需要構(gòu)建服務(wù)于我國核工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的乏燃料后處理人才培養(yǎng)體系：一方面，要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，有計(jì)劃地培育、建立國家級(jí)后處理人才培養(yǎng)重點(diǎn)學(xué)科和國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。另一方面，要?jiǎng)?chuàng)新體制機(jī)制，充分發(fā)揮核工業(yè)企事業(yè)單位重要作用，建立產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的后處理人才培養(yǎng)模式。
第二，重點(diǎn)突破乏燃料后處理核心技術(shù)。乏燃料后處理是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其技術(shù)范疇涉及核科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、新材料技術(shù)、遙測(cè)/遙感技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)等多領(lǐng)域多學(xué)科。為確保核工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，必須進(jìn)一步加大我國乏燃料后處理技術(shù)研究開發(fā)力度，為乏燃料商用后處理大廠建設(shè)做好準(zhǔn)備。在積極參與國際合作的同時(shí)，認(rèn)清當(dāng)前國外乏燃料后處理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境要求不斷變化的事實(shí)，勇于自主創(chuàng)新，突破國際傳統(tǒng)乏燃料后處理設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的跨越發(fā)展。
第三，適時(shí)調(diào)整乏燃料后處理基金征收費(fèi)率。與世界上多數(shù)發(fā)展核電的國家一樣，我國乏燃料后處理實(shí)行基金制，并以電價(jià)形式向發(fā)電企業(yè)征收相關(guān)費(fèi)用。根據(jù)2010年財(cái)政部、國家發(fā)展改革委、工信部發(fā)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(guī)定，乏燃料處理處置基金按照核電廠已投入商業(yè)運(yùn)行五年以上壓水堆核電機(jī)組的實(shí)際上網(wǎng)銷售電量征收，征收標(biāo)準(zhǔn)為0.026元/千瓦時(shí)。然而，從20世紀(jì)90年代至今，我國核電已匯聚了二代、三代各種堆型機(jī)組，四代核電也已示范應(yīng)用，產(chǎn)生的乏燃料的類型、規(guī)格等不盡相同甚至差異巨大，仍以同一標(biāo)準(zhǔn)征收乏燃料后處理基金已不合時(shí)宜，可適時(shí)研究制定差異化的乏燃料后處理基金征收費(fèi)率制度。
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后處理技術(shù)可分為水法后處理技術(shù)和干法后處理技術(shù)（也稱非水法后處理）：
水法后處理技術(shù)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(xué)行為的差異分離回收鈾钚。水法后處理技術(shù)以PUREX（普雷斯克）流程為標(biāo)志，PUREX流程是唯一實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)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(jīng)過優(yōu)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(shí)現(xiàn)鈾钚的分離與凈化。
干法后處理技術(shù)是在高溫熔鹽中進(jìn)行鈾、钚等物質(zhì)的回收。干法后處理按使用的技術(shù)原理不同可分為揮發(fā)法、萃取法和電解法三類。由于后處理過程在非水體系中進(jìn)行，預(yù)期具有抗輻解性好、臨界安全性高等優(yōu)勢(shì)，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(rèn)為是快堆乏燃料后處理的技術(shù)選項(xiàng)。目前國際上的干法后處理技術(shù)整體處于實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)階段，尚未進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。（來源：中國科學(xué)院高能物理研究所核能放射化學(xué)實(shí)驗(yàn)室）
責(zé)任編輯：張棟鈞
