全球乏燃料與高放廢物管理現狀

全球32 個國家目前擁有在運核電機組439臺，總裝機容量為3.92 億千瓦。全球截至2020年底累計產生約40萬噸乏燃料，其中三分之一接受了后處理，另外三分之二處于貯存狀態。乏燃料數量目前在以每年約7000 噸的速度增加。乏燃料安全管理直接影響著核電的可持續發展。

1 各國核燃料循環策略

總體而言，世界各國的核燃料循環策略可分為兩種，即開式和閉式：前者將乏燃料視為高放廢物，直接進行深層地質處置；后者將乏燃料視為一種寶貴資源，對其進行后處理，回收鈾和钚，然后用于制造新燃料元件。

在全球核電國家中，俄羅斯、法國、日本和印度一直致力于執行閉式核燃料循環政策，在本國建設了乏燃料后處理廠。美國目前執行開式核燃料循環政策，但擁有小規模后處理能力，并一直積極開展閉式核燃料循環技術研究。美國能源部核能辦公室在2021 年初發布的《戰略愿景》報告中明確提出，將在各種先進反應堆技術的商業化過程中，持續資助與它們配套的核燃料循環技術研發，并于2030 年對先進反應堆燃料循環進行評價。

英國采取閉式核燃料循環策略，已建成和運營兩座商業后處理廠。但目前英國政府并不強制要求對乏燃料進行后處理。

其他核電國家大部分選擇了開式核燃料循環策略，如加拿大、德國、芬蘭、匈牙利、西班牙、瑞典、瑞士等國。而荷蘭、意大利等國雖選擇閉式核燃料循環策略，但乏燃料后處理是依靠他國進行。另外一些國家，如比利時、韓國、烏克蘭等國則持觀望態度，未選定循環策略，待以后決定。

2 乏燃料管理

截至2020 年底，世界各國累計產生了約40萬噸乏燃料，且乏燃料數量正在以每年7000 噸的速度增加。在已產生的40 萬噸乏燃料中，約12.87萬噸已接受后處理，另外約30.13萬噸處于貯存狀態，等待后續處理或處置。不同的核燃料循環策略，其乏燃料管理要求不同。

2.1 乏燃料貯存

乏燃料在從反應堆卸出后通常需要在核電廠配套的貯存水池中冷卻5～8年，使其中的短壽命裂變產物基本衰變完，放射性強度大幅度降低。之后，乏燃料將轉移到離堆貯存設施（根據國際原子能機構的定義，在反應堆廠房外的貯存設施均為離堆貯存設施，無論該設施是否位于廠區內）進行中間貯存，以待后續進行后處理或直接深層地質處置。

目前在運核電廠的設計壽期為40～60年，而配套的貯存水池通常只能貯存核電廠在10～20年運行期間產生的乏燃料。因此，無論采取開式還是閉式核燃料循環策略，在將乏燃料送入深層地質處置庫處置或進行后處理之前，都需在離堆設施中進行中間貯存。貯存期為幾年到幾十年不等，主要取決于所采用的核燃料循環策略。

中間貯存方式包括濕法和干法兩種。濕法貯存發展較早，通常在廠房內建造水池，將乏燃料放置在水下的貯存格架中，具有技術簡單成熟、冷卻能力強、貯存密度高等特點，可作為后處理廠的配套設施。干法貯存是將乏燃料放置在空氣或惰性氣體氛圍中，依靠氣體對流進行冷卻，相比而言，其設施建造費用較高，優點是具有易擴展性、建造工期短、運維簡單、費用低。由于全球目前還沒有乏燃料最終處置庫建成投運，且商業后處理廠的產能有限，采用干法貯存的乏燃料數量越來越多。根據國際原子能機構的數據，干法貯存的乏燃料在總量中的占比已從2013年的24%增加至2016年的30%。

需要注意的是，中間貯存僅是乏燃料的暫時管理方法，并非最終處置方法。隨著中間貯存時間的延長，乏燃料安全管理風險會上升，進而會導致核燃料循環總成本增加，甚至會損害各國核能發展的長期利益。

2.2 乏燃料后處理設施

目前，全世界具備后處理能力的國家屈指可數，擁有大規模商業后處理設施的國家包括法國、英國、俄羅斯和日本。印度擁有四座小型后處理設施，美國也擁有一定的后處理能力。

法國擁有最大規模的商業后處理能力。阿格擁有2 座產能均為每年800噸重金屬的后處理廠，不僅處理本國乏燃料，還為其他國家提供后處理服務。值得注意的是，法國還實現了后處理技術的出口，幫助日本建設商業后處理廠。

英國在塞拉菲爾德建設并運營了兩座商業后處理廠，即產能為每年900噸重金屬的索普廠和產能為每年1500噸重金屬的鎂諾克斯后處理廠?；诮洕c安全原因，索普廠2018年停止運行。鎂諾克斯后處理廠僅能處理鎂諾克斯型反應堆產生的乏燃料，將在處理完庫存鎂諾克斯乏燃料后關閉。英國目前沒有在運鎂諾克斯型反應堆。

俄羅斯擁有一座產能為每年400 噸重金屬的RT-1 后處理廠，能夠處理本國絕大多數反應堆（包括壓水堆、研究堆、快堆、艦船核動力堆）乏燃料；正在建設一座后處理示范廠；并積極推進先進后處理技術、快堆技術和新型燃料技術研究，以期建立基于快堆的閉式核燃料循環體系。

日本引進法國技術建設了六所村后處理廠。該廠于1993 年開始施工建設，最初計劃于1997 年投運。但由于一系列技術和安全問題，該廠已先后20 多次推遲投運，目前預計將于2022年投運。

美國目前沒有商業后處理廠。但薩凡納河場區H 峽谷擁有一定的后處理能力，曾于2016年開展從研究堆乏燃料提鈾的作業。美國一直積極開展后處理技術研發，并在2021年資助阿貢國家實驗室和奧克洛公司合作推動先進反應堆燃料再循環技術（采用干法后處理技術）的商業化。

表1 在運和即將投運的乏燃料后處理設施

3 乏燃料和高放廢物處置

對于準備直接處置的乏燃料或后處理產生的高放廢物，目前國際公認的安全可行的最終處置方式是深層地質處置，即在地下300～1000 米建設具備多重屏障的處置庫。

處置庫的建設難度很大，需要確保萬年的長期安全，面臨一系列科學、技術和工程挑戰。美國、加拿大、德國、法國、瑞典、瑞士、芬蘭、比利時、日本、韓國等國均在積極開展相關研究，迄今累計建設了26 座地下實驗室，有力推動了高放廢物處置研發進程。

世界范圍內尚未建成乏燃料和高放廢物地質處置庫，芬蘭、瑞典和法國已經取得較大進展。芬蘭奧爾基洛托乏燃料深層地質處置庫是目前全球唯一啟動建設的乏燃料和高放廢物深層地質處置庫，2015年獲得建設許可證，2016年底開工建設。開發商波西瓦公司2021年提交該處置庫在2024年至2070年底運營的許可證申請。

瑞典處置庫建設項目已取得較大進展，瑞典核燃料和廢物管理公司2011年向瑞典監管機構提交乏燃料處置庫建設申請。該申請于2022年1 月獲得瑞典政府批準。法國正在持續推進Cigéo（地質處置工業中心）項目，預計2025年獲得建設許可證，2035年處置庫開始運營。

20 世紀80 年代至2009 年，美國的工作重點是推進尤卡山最終處置庫建設項目。在奧巴馬政府終止尤卡山項目后，美國政府2012 年發布《乏燃料與高放廢物管理和處置戰略》，決定建設一個由中間貯存中試設施、集中式中間貯存設施和地質處置庫組成的乏燃料管理系統。美國能源部2021 年在《聯邦公報》發布信息征集書，就建立基于共識的乏燃料中間貯存設施選址程序向相關各方征求建議。此舉意味著美國政府在2009 年宣布放棄尤卡山項目之后準備重新啟動乏燃料管理計劃。

俄羅斯于上世紀60年代啟動高放廢物處置研究工作，已確定葉尼塞為深層地質處置庫場址，目前正在建設地下實驗室。加拿大、德國和英國等國正在開展選址工作。日本計劃2030年選定處置庫場址，2040年處置庫開始運營。

大多數國家正在制定本國乏燃料管理計劃，但多數仍處于早期規劃階段。

4 結語

我國國務院科技領導小組1983年召開論證會，確立了我國“發展核電必須相應發展后處理”的戰略，明確支持我國執行閉式核燃料循環策略?！丁笆奈濉币巹澓?035遠景目標綱要》提出，“安全穩妥推動沿海核電建設”和“建設乏燃料后處理廠”，更是明確了我國堅定執行閉式核燃料循環的政策。

根據綱要，至2025年，我國核電運行裝機容量達到7000萬千瓦。據預測，2030年我國核電廠累積卸出乏燃料將達到2.4萬噸，離堆貯存需求達到1.5萬噸以上，而以我國目前的乏燃料管理能力，存在乏燃料管理壓力增大、核電發展面臨可持續性問題突出、核燃料循環后段需求日益迫切的實際情況。

為解決這一挑戰，我國必須加快乏燃料和高放廢物管理發展的步伐，包括：落實閉式核燃料循環策略的實施，加快推動大型商用后處理廠的建設；建立一定的乏燃料離堆貯存能力，緩解乏燃料管理壓力的同時，盡可能減少乏燃料長期貯存帶來的風險；積極開展高放廢液處理處置技術的研發，穩步推進高放廢物處置庫的選址程序和落實。