俄閉式燃料循環建設取得重要進展

2022 年1 月11 日，俄羅斯西伯利亞化學聯合體和圣彼得堡原子能設計院簽訂鉛冷快堆乏燃料后處理模塊設計合同。根據合同，后處理模塊的建設許可證申請將于2024年向監管機構提交。這意味著俄一體化快堆建設項目取得重要進展。一體化快堆是指將快堆、乏燃料后處理、燃料制造和廢物管理等設施建在同一廠區，形成閉式燃料循環系統。

俄羅斯國家原子能集團公司（下文簡稱“俄原集團”）一直致力于實現閉式燃料循環：已擁有一座后處理廠RT-1，正在建設一座后處理中試廠，計劃建設一座后處理商業大廠RT-2；近期在兩條燃料循環技術路線領域取得突破性進展；并積極推進一體化快堆建設。

1 閉式循環政策導向明確，在聯邦法律和國家戰略層面保障后處理能力建設

為早日實現閉式燃料循環，俄在聯邦法律、國家戰略等層面為推進后處理廠建設提供了保障。

在聯邦法律層面，俄對乏燃料的管理及后處理行為進行了明確規定，包括：

?《原子能利用法》是俄原子能利用領域的基本法，規范了原子能利用的法律框架和原則，對后處理領域相關機構的權責分配進行了規定，并允許進口乏燃料，進行貯存或后處理。

?《核燃料循環設施通用安全規定》規定了核燃料循環設施的核與輻射安全原則、標準和一般要求。

?《乏燃料后處理設施的聯邦規范和規則·安全要求》（NP-013-99）對后處理設施的安全問題進行了說明，規定了后處理設施的設計、建設和運行的安全原則、標準和要求。

?《乏燃料干法貯存設施·安全要求》（NP-035-02）專門規定了核燃料循環設施場址內干法貯存設施的安全要求。

在國家戰略層面，俄原集團2008 年出臺了《乏燃料處理理念》，討論了所有涉及乏燃料管理的工程安排及相關部署，并對俄核燃料循環后段產業的發展進行了長期規劃。未來核燃料循環后段產業的發展主要分兩個階段。

2030 年前為準備期，在這一階段將完成系列骨干建設項目，初步解決乏燃料無限期累積問題。相關項目包括乏燃料離堆貯存設施、混合氧化物（MOX）燃料制造廠、后處理中試廠等設施的建設以及RT-1后處理廠的技術改造。

2030 至2050 年為落實期，在這一階段將落實快堆建設和鈾钚循環利用項目，推動核能產業向“創新能源”升級。

2011 年，俄原集團出臺《2011—2020 年及至2030年前基礎設施建設和乏燃料后處理計劃》，為后段業務領域設定兩個關鍵方向：一是優先實現后處理業務的商業化，創造利潤。二是有效解決國家核遺產與輻射安全等公共問題。

2015 年，俄政府批準《2016—2020 年及至2030年核與輻射安全聯邦目標計劃》，明確要求將約20%的資金用于推動乏燃料與放射性廢物處理處置基礎設施建設。

2 積極提升后處理能力，同時推進一體化快堆建設

由于后處理廠產能不足，俄原集團在馬雅克生產聯合體以及礦業與化學聯合體建設了乏燃料集中式中間貯存設施。為實現閉式燃料循環，俄對現有后處理廠進行了技術改造，積極推進先進后處理技術研發，并大力開展一體化快堆建設。

2.1 RT-1后處理廠

RT-1廠采用普雷克斯工藝，1977年投運，從2000 年開始持續進行技術改造，可對俄絕大多數反應堆（包括VVER-1000、BN-600、AMB反應堆、核潛艇動力堆、破冰船動力堆和研究堆）的乏燃料進行后處理，處理能力為每年400噸。該廠運行狀況良好，但其放化作業過程屬于“臟”生產，會產生大量高放廢液。該廠將在RT-2 廠投運后關閉。

2.2 后處理中試廠

為推進后處理技術發展，在技術上為商業大廠RT-2 的建設做準備，俄2011 年在礦業與化學聯合體啟動中試廠建設。該廠采用經過優化的普雷克斯工藝，能夠大幅減少放射性廢物的產生，并且不排放放射性廢液。中試廠分兩期建設：一期工程于2018 年5 月完成建設和設備調試，做好投運準備，具備每年處理5 噸乏燃料的能力；二期工程正在建設，建成后將具備每年處理250 噸乏燃料的能力。未來還將在該廠建設一座燃料制造設施。

2.3 RT-2后處理廠

上世紀70 年代，俄計劃在礦業與化學聯合體建設產能為每年1500 噸的商業大廠RT-2，主要用于處理VVER-1000 乏燃料，原計劃1990 年建成投產。由于公眾反對和缺乏資金，1989 年10 月宣布該廠推遲建設。當時，該廠已完成貯存水池建設，后處理廠房已完成30%的建設任務。未來俄將使用已在中試廠得到示范的技術建設RT-2廠。預計該廠將于2035年左右投入運行，設計生產能力為每年1500噸。

2.4 “突破”計劃

為推進一體化快堆建設，俄原集團2011 年啟動“突破”計劃，目標是在西伯利亞化學聯合體建設一個中間示范電力綜合體。該綜合體將由位于同一場區的三個模塊組成：BREST-OD-300鉛冷快堆模塊、乏燃料后處理模塊和致密混合鈾钚氮化物（MNUP）燃料制造/再加工模塊。三個模塊建成后，俄將獲得全球首個在同場址擁有快堆及配套閉式燃料循環設施的綜合體。

鉛冷快堆模塊已于2021 年6 月正式啟動建設，將于2026年建成投運；MNUP燃料制造/再加工模塊于2014 年8 月啟動建設，將于2023 年建成；乏燃料后處理模塊將于2024 年提交建設許可證申請。

3 兩條燃料循環技術路線領域取得突破性進展

對于從乏燃料提取出來的鈾和钚，俄原集團已在兩條燃料循環技術路線方面取得突破性進展：一是以MOX 燃料形式在快堆中循環利用，二是以再生混合物（REMIX）燃料形式在現有VVER-1000反應堆中循環利用。

礦業與化學聯合體已建成一座產能為每年60 噸重金屬的MOX 燃料制造設施，每年可為BN-800 和未來BN-1200 鈉冷快堆生產400 個MOX燃料組件。在別洛雅爾斯克3號機組即唯一的BN-800快堆中，60%的堆芯已裝填MOX燃料，全堆芯MOX燃料這一目標將于2022年成為現實。

圖1 俄羅斯“突破”計劃設施示意圖

REMIX 燃料由回收鈾钚混合物（即通過乏燃料后處理獲得的鈾钚混合物）和濃縮鈾（鈾-235豐度最高為17%）制成，钚-239含量約為1%，鈾-235 含量約為4%，中子譜與傳統輕水堆濃縮鈾燃料差別不大，因此堆芯中燃料組件的行為以及因鈾增殖產生的钚數量與傳統輕水堆燃料類似。這意味著核電運營商不需要對反應堆設計進行任何修訂，也不需要采取額外安全措施，即可在反應堆中使用REMIX燃料。REMIX燃料棒已于2016至2021年在巴拉科沃3號機組中完成輻照測試。首批共計6個REMIX燃料組件已于2021 年12 月裝入巴拉科沃1 號機組，將在這臺VVER-1000 機組中經歷三個換料周期（總計五年）的輻照。

4 結語

俄羅斯從蘇聯時期就開始實施閉式燃料循環政策，對乏燃料進行后處理，確保裂變產物的可持續安全管理，并對可回收材料進行循環利用。多年來，俄羅斯一直積極發展先進乏燃料后處理技術，成為世界上少數有能力開展此項業務的國家之一。

俄原集團長期致力于國際核能市場開發，擁有覆蓋鈾礦開采、鈾轉化與濃縮、核燃料生產、核能機械制造、核電站設計與建設、乏燃料后處理的核工業全產業鏈，核能技術自主化程度極高，主要產品與服務出口不依賴第三國，可提供核燃料循環全壽期服務，一站式滿足客戶國對核電項目的所有需求，在國際核電市場中具有顯著競爭優勢。