淺談我國乏燃料管理現(xiàn)狀

沈潔鋒

【摘 要】截止2018年底，我國已投入商業(yè)運行的核電機組共計45臺，在建的核電機組共計11臺，籌備中的核電機組共計15臺。隨著核電的不斷發(fā)展，核電站每年卸出的乏燃料的長期、安全管理已成為我國核工業(yè)不得不面對的重大課題。本文對乏燃料的管理方式以及我國乏燃料管理的現(xiàn)狀進行分析討論，總結當前階段存在的主要問題并提出建議。

【關鍵詞】乏燃料管理;核循環(huán);后處理;中間貯存;乏燃料運輸

中圖分類號： D922.67文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）24-0237-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.114

0 前言

自20世紀50年代中期全球首臺商用核電站投運，核電已歷經了半個多世紀的發(fā)展，其年發(fā)電量已占世界發(fā)電總量的17%。由于核電相對火電在大氣污染方面具有明顯的優(yōu)勢，積極發(fā)展核電已成為我國能源建設的一項重要方針，對優(yōu)化我國能源結構、保障社會經濟發(fā)展具有重大意義。截止2018年底，我國已投入商業(yè)運行的核電機組共計45臺，裝機容量4590萬千瓦;在建的核電機組共計11臺，裝機容量1218萬千瓦;籌備中的核電機組共計15臺，裝機容量1660萬千瓦。根據《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國在運核電裝機容量將達到5800萬千瓦，在建核電裝機容量將達到3000萬千瓦。隨著核電的不斷發(fā)展，核電站每年卸出的乏燃料的長期、安全管理已成為我國核工業(yè)不得不面對的重大課題。

1 乏燃料管理方式

乏燃料指的是在核反應堆中經中子轟擊發(fā)生核反應后，燃耗深度達到設計限值，從堆中卸出且不再在該反應堆中使用的核燃料。乏燃料含有大量未消耗完的238U和235U，新生成的易裂變材料239Pu以及在輻照過程中產生的镎、镅、鋦等超鈾元素。目前，國際上關于乏燃料的主要處理方式包括以下兩種：

（1）一次性通過長期處置，亦稱開式燃料循環(huán)。即將乏燃料全部當作核廢料，選擇地質條件合適的處置點進行深地質長期存儲。代表國家有瑞典、加拿大、西班牙等，實際開工建設的僅有芬蘭波西瓦公司的翁卡洛乏燃料永久掩埋庫。

（2）閉式燃料循環(huán)。即通過化學方式，將乏燃料棒中剩余的鈾235、钚239、鈾238分離出來，重新制成燃料組件進入反應堆中使用;將剩余的高放廢物，通過高通量反應堆嬗變?yōu)榉€(wěn)定的同位素;將無法嬗變的高放廢物通過玻璃固化后，選擇地址條件合適的處置點進行深地質長期存儲。閉式燃料循環(huán)相對一次性通過處置，一方面可以將鈾資源的利用率提高幾十倍，另一方面可以將高放廢物的體積壓縮為原來的四分之一，并將放射性水平降低一個數量級以上。代表國家有法國、英國、俄羅斯、印度、日本、中國等（美國也于2006年正式宣布采用閉式燃料循環(huán)方式）。

事實上，因為一次性通過需要處置的乏燃料體量過大以及目前世界上擁有成熟閉式循環(huán)后處理技術的國家有限，大部分國家選擇中間貯存的方式將乏燃料進行暫存。

2 我國乏燃料管理的方針和現(xiàn)狀

針對乏燃料的管理和處置，早在上世紀80年代，我國就確定了核燃料“閉合循環(huán)”和“核能發(fā)展必須相應發(fā)展后處理”的技術路線，同時制定了‘中試規(guī)模—示范規(guī)模—工業(yè)規(guī)模的乏燃料后處理產業(yè)發(fā)展路線。1968年，我國第一座軍用后處理中間試驗廠建成，實現(xiàn)了普雷克斯工藝流程;2010年，動力堆乏燃料后處理中間試驗廠熱試成功，標志著我國已掌握了乏燃料后處理工藝的核心技術;2015年，核燃料后處理放化實驗設施正式投入使用，為我國后處理科技水平提升提供了重要保障。

在大力發(fā)展自主乏燃料后處理技術的同時，我國政府也在積極尋求先進技術的引進和吸收。自2007年起就啟動了大型商用后處理廠的建造策劃，2009年、2015年先后與法國政府簽訂了《中法關于在中國建設乏燃料后處理/再循環(huán)工廠項目的聯(lián)合聲明》、《中法兩國深化民用核能合作的聯(lián)合聲明》，規(guī)劃以法國阿格燃料循環(huán)后處理中心和梅洛克斯燃料制造廠為原型在國內建造年處理能力800噸的大型商用后處理廠。

此外，關于高放廢物的最終地質處置，我國從1986年就啟動了選址工作。根據規(guī)劃，將在2020年前完成地質研究和處置庫的選址、2040年前完成地下試驗階段、本世紀中葉完成處置庫的建設。

3 我國乏燃料管理面臨的主要問題

隨著福建漳州1號/2號機組、廣東太平嶺1號/2號機組的獲批，經歷了“三年零審批”的發(fā)展低潮后，核電在2019年迎來了重啟之年。伴隨而來的乏燃料管理問題也越發(fā)凸顯。

3.1 后處理能力建設滯后

完全自主知識產權的第三代核電——華龍一號的成功研發(fā)，標志著我國核電技術水平已邁入了世界先進行列，但與之相對應的核循環(huán)后端——乏燃料后處理技術卻存在嚴重的滯后，成為制約核能發(fā)展的最大短板。截至目前，世界上已有9個國家掌握了乏燃料后處理技術、5個國家建有大型商用后處理廠，其中法國乏燃料后處理能力為1700噸/年、英國為1200噸/年、日本為1000噸/年、俄羅斯為400噸/年、印度為330噸/年。而我國尚未建成大型商用乏燃料后處理廠，只有一座50噸/年的動力堆乏燃料后處理中間試驗廠。在后處理相關的高放廢物玻璃固化、關鍵工藝設備及材料、遠距離維修和自動控制等方面，我國與國際先進水平也有著不小差距。

3.2 離堆貯存能力不足

根據我國核電機組當前的發(fā)展水平，預計到2020年，全國各核電站卸出的乏燃料累計將達到9000噸。到2030年，全國各核電站卸出的乏燃料累計將達到23500噸，離堆貯存需求達到15000噸以上。目前我國已建的離堆乏燃料濕法貯存水池遠遠無法滿足離堆貯存需求，大部分乏燃料只能暫存于核電站反應堆內的在堆貯存水池中，而秦山、大亞灣、田灣等已運行多年的核電站在堆水池均已面臨飽和。乏燃料離堆貯存能力的不足極有可能帶來巨大的管理風險。

3.3 乏燃料運輸體系有待完善

我國當前在運和在建核電站主要分布在沿海地區(qū)，而已建成的離堆濕法貯存水池和乏燃料后處理廠均在西北腹地，乏燃料的離堆貯存和后處理需要經過大規(guī)模、長距離的內陸運輸;中核清源公司作為國內唯一授權負責乏燃料運輸的專業(yè)化公司雖然具備了大亞灣核電站乏燃料運輸經驗，但面對我國核電機型眾多、乏燃料品種不一、核電站布局分散的現(xiàn)狀，依然存在運輸能力不足、運輸容器單一、運輸路線復雜等多方面的難題。此外，關于乏燃料運輸的法律法規(guī)體系、事故應急體系也有待進一步完善。

4 結論和建議

隨著核電自主化能力的不斷增加，我國已逐步從核電大國邁向核電強國。發(fā)展核電的同時，相應發(fā)展后處理，不僅能夠解決國內乏燃料處置的需求，更將為我國核電出口、支援一帶一路建設提供更強的技術保障。政府、企業(yè)和科研機構應該集中力量，推動后處理領域關鍵問題的解決，加快后處理能力和產業(yè)的建設。

4.1 加強公眾溝通，推動大型商用后處理廠的建設

2016年在連云港市爆發(fā)的反“核廢料廠”事件以當地政府妥協(xié)告一段落，公眾擔心后處理廠是“核廢料垃圾場”，建成后將接收全世界的“核廢料”永久儲存，這充分表明，在我國，涉核信息的披露和公眾溝通機制仍然缺失。隨著中法合作項目談判的不斷推進，自主核循環(huán)科研不斷取得成果，不論是建設中法項目還是自主項目，都繞不過公眾的反核情緒。政府和企業(yè)應該盡快建立并不斷完善核信息披露和公眾溝通機制，并做好輿情控制，盡快推動大型商用后處理廠的選址、審批和建設，從長遠發(fā)展的角度，補齊核循環(huán)產業(yè)鏈的短板。

4.2 干濕貯存方式并行，提高中間貯存能力的建設

在現(xiàn)有中間貯存設施和核電站乏燃料水池趨于飽和，而大型商用后處理廠投用仍有十余年之久的現(xiàn)實情況下，積極探索中間臨時貯存技術和設施的進一步發(fā)展是十分有必要的。秦山第三核電廠乏燃料臨時干式貯存設施的建成投用，充分表明除常規(guī)的濕式貯存方式以外，干式貯存從技術上也是切實可行的。我國乏燃料貯存一方面要加強濕法貯存能力的擴容，另一方面也要同步開展干法貯存的深入探索和研究，進一步提高我國乏燃料中間貯存的能力。

4.3 增強乏燃料運輸能力，建設公海聯(lián)運乏燃料運輸體系

不論在哪里選址，乏燃料運輸都是連接核電站和后處理廠以及最終地質處置場的關鍵紐帶。大亞灣核電乏燃料的成功運輸驗證了乏燃料從廣東到甘肅的公路運輸能力，同時也暴露出了一系列問題。在成功研制龍舟—CNSC乏燃料運輸容器的基礎上，應該繼續(xù)加大科研力度，研發(fā)適用于不同堆型乏燃料運輸的運輸容器;充分考慮沿海核電的分布，盡快建立乏燃料公海聯(lián)運體系，提高運輸效率;同時，針對乏燃料運輸，持續(xù)完善配套法律法規(guī)和事故應急體系，確保乏燃料運輸有章可循、有法可依。

【參考文獻】

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