核燃料循環：滿足國內，面向國際

林　波　張洪福　張春華

幾年前,網絡上曾流傳一篇“原子彈教程”——《超級DIY,手把手教你如何制造原子彈!》。

乍一看標題,還以為這是網民們的惡作劇,但據專家介紹,按照這篇文章是可以制造出簡易的核爆炸裝置的,與真正的核武器比較起來,惟一的區別就是爆炸的量大小不同。因此,“高中生也能制造原子彈”不是不可能,不過,這有一個重要前提,就是必須要取得原材料——核燃料循環產業鏈上最敏感的濃縮鈾。

核燃料循環產業是核科技工業的重要組成部分,是國家戰略核力量建設和核電事業發展的重要基礎。由于核燃料工業是國家戰略性產業,在國際上高度敏感,具有軍民兩用特性,為防止核擴散,國家把完整的核燃料循環體系保留在中核集團。

經過多年努力,我國新型的寓軍于民的核燃料循環工業體系已經建立,這個體系軍民結合、上下游結合、科研與生產相結合,世界上只有少數幾個國家才有。

年工作量增加50倍,發現數個萬噸級大鈾礦

隨著我國新能源規劃對核電發展比例的日益調高,對核燃料的需求成為重中之重,畢竟“巧婦難為無米之炊”。中核集團一方面積極探明新礦,另一方面通過新技術對老礦挖潛。

我國鈾礦資源量潛力巨大,預測潛在鈾資源總量近200萬噸,是世界上鈾資源豐富的國家之一,兩條重要的鈾成礦域穿過我國,但我國鈾礦勘查程度較低。近年來,中核集團鈾礦地質勘探工作量逐年遞增,年工作量比20世紀80年代增加了50多倍,每年新增儲量是我國目前核電年消耗量的數倍。最近在我國大陸北方地區又發現了數個儲量萬噸以上的大型鈾礦。

從找礦深度上看,大部分開展鈾礦勘查的地區勘探深度僅限于地表500米以淺,深度極為不夠。

在總結研究以往資料的基礎上,中核集團運用新的找礦理論和方法技術,對江西、浙江等地的老礦山深部和外圍開展了勘查,取得了可喜成果,新增數萬噸儲量,進一步擴大了找礦前景,并對今后老礦山鈾資源的規模開發和合理利用提供了科學依據。目前,已有多個老礦床在加大找礦深度后取得重要突破。

隨著技術的進步,原先無法經濟開采利用的資源,通過應用堆浸、滲濾浸出等新工藝,正逐漸成為開發利用的主題。

積極開拓國際市場,充分利用國際鈾資源

中核集團積極實施“走出去”戰略,海外鈾資源開發取得了重大進展。與尼日爾、納米比亞、阿爾及利亞、哈薩克斯坦等國已開工建設或正式簽約多個鈾礦項目。

直接利用國際鈾貿易市場進行天然鈾采購,累計與國外正式簽訂十多萬噸天然鈾長期供應協議。直接采購量,可以根據國內核電發展進度需求,進行調整。

中核集團已經擁有了一支訓練有素的核燃料貿易專業化隊伍,在國際市場保持了高效的運轉,為國內核燃料用戶提供了長期優質的服務,有力地保障了我國核工業發展的需要。

通過國內開采、海外開發和從國際市場直接采購等多種渠道,我國天然鈾供應能力完全能夠保障核電加快發展的需要。

核燃料整體產能大幅提升

中核集團加強國內鈾礦大基地建設,鈾礦采冶廣泛采用地浸、堆浸技術,國內天然鈾產量逐年增加,生產能力大幅度提高。

核燃料元件實現國產化,按照國家統一規劃,集團公司已經形成南北兩個元件制造基地,核燃料元件生產穩定、質量優良,實現了30萬千瓦、65萬千瓦、100萬千瓦核電站燃料元件的國產化,為我國大陸所有投運核電站提供了優質核燃料。

AP1000元件生產線項目已經成功啟動,工作進展順利。

乏燃料后處理,典型的循環經濟

乏燃料后處理是提高鈾資源利用率、減少最終處置的放射性廢物體積和毒性、造福子孫后代的必然選擇。目前,中核集團后處理中試廠已經建成,乏燃料接收與貯存系統安全穩定運行。大型后處理廠工作取得新的進展。

此舉最終使中核集團的核能開發與利用符合循環經濟原則。從核能的整個燃料鏈角度來看,從鈾礦開采、鈾轉化濃縮、元件制造(資源)到核電(產品),再到乏燃料后處理(再生資源)的整個核燃料閉合循環過程,正好符合循環經濟的“資源—產品—再生資源”的閉環式模式。與此同時,核能是清潔的能源,核能生產的全過程只產生很小的廢物量,對生態環境造成相對較小的污染,是屬于真正實現少投入、高產出、低污染的“綠色技術”體系。

乏燃料

乏燃料(spent fuel;irradiated fuel ),即在核電站反應堆內“燒過”的核燃料。核燃料在反應堆內經中子轟擊發生核反應,經一定時間從堆內卸出。它含有大量未用完的可增殖材料有鈾-238或釷-232,未燒完的和新生成的易裂變材料钚-239、鈾-235或鈾-233以及核燃料在輻照過程中產生的镎、镅、鋦等超鈾元素,另外還有裂變元素鍶-90、銫-137、锝-99等。

核燃料一經在核電廠使用發電后,即成為“乏燃料”并等待進一步處理,或者送往后處理設施從廢物中回收其中有用的鈾和钚,再用于制造新的核燃料,或者存放在中間貯存設施或放入“最終處置庫”進行最終解決。