评论丨大力提升乏燃料后处理能力

来源：《中国电力报》 时间：2023-07-11 11:12

罗曼          

　　今年稍早些时候，中法两国签署《中华人民共和国和法兰西共和国联合声明》，其中提到“两国支持双方企业研究在核废料后处理等问题上加强工业和技术合作的可能性”。此后，乏燃料后处理问题又一次引起行业热议。

　　乏燃料是在核反应堆中经受过辐射照射、达到预期燃耗的核燃料，通常由核电厂或研究型核反应堆产生，乏燃料中包含有大量的放射性元素，若不加以妥善处置，将对环境造成严重影响。当前，国际上对乏燃料的处置技术路线主要分为两种：一种是开式燃料循环，也被称为一次性通过长期处置，是在不进行资源再利用的情况下，将乏燃料直接通过整备和处置工艺技术包装深埋处理，采用此技术路线的国家主要有美国、加拿大、瑞典、芬兰等。另一种是闭式燃料循环，是通过化学的方式将乏燃料中未被充分利用的资源分离提取，重新加入反应堆中进行利用，而其他废物进行反应堆嬗变或玻璃固化掩埋，俄罗斯、法国、英国、日本等国采用此路线。

　　早在1983年，我国经过对国内外铀资源情况、核电发展计划及乏燃料后处理工艺技术发展水平等多方面论证后，明确了“发展核电必须相应发展后处理”的战略，并在1987年日内瓦国际会议上公布了这一决定。2007年，国家发展改革委发布的《核电中长期发展规划（2005—2020年）》提出积极推进核电建设的电力发展基本方针，按照热中子反应堆—快中子反应堆—受控核聚变堆“三步走”步骤开展工作，并确定了坚持核燃料闭合循环的技术路线。

　　乏燃料后处理属于高精尖技术，按照国际经验，处理厂从开工建设到完工至少需要10年时间。近年来，随着核电事业蓬勃发展，我国已累计产生乏燃料超过7000tHM（吨铁）。随着压水堆装机容量快速增长，业内预计，2025年我国乏燃料总量将超过14000tHM。目前，法国、英国、俄罗斯、印度等国乏燃料后处理产能已可覆盖最新年产生量，而我国仅有中核四〇四有限公司于2010年投产的中试厂产能为50tHM/年。国内约90%乏燃料贮存于核电站内乏燃料水池中，乏燃料水池的贮存能力多为10~20年，而我国最早一批核电站建成并网时间为20世纪90年代，越来越多的核电站乏燃料在堆贮存能力趋于饱和。

　　综合考虑，大力提升乏燃料后处理能力已成为我国践行积极安全有序发展核电策略的当务之急，需从人才培养、技术创新、资金支持等方面着手补齐短板。

　　第一，重视乏燃料后处理人才培养。核学科是高门槛的重量级学科，人才则是核工业创新发展的根基。由于后处理技术的特殊性和工作地域偏远等因素，我国乏燃料后处理领军人才十分短缺，无法满足核工业发展的需求。这就需要构建服务于我国核工业持续健康发展的乏燃料后处理人才培养体系：一方面，要加强基础研究，有计划地培育、建立国家级后处理人才培养重点学科和国家重点实验室。另一方面，要创新体制机制，充分发挥核工业企事业单位重要作用，建立产学研用相结合的后处理人才培养模式。

　　第二，重点突破乏燃料后处理核心技术。乏燃料后处理是一个复杂的系统工程，其技术范畴涉及核科学技术、信息技术、自动控制技术、新材料技术、遥测/遥感技术、微电子技术、激光技术等多领域多学科。为确保核工业可持续发展，必须进一步加大我国乏燃料后处理技术研究开发力度，为乏燃料商用后处理大厂建设做好准备。在积极参与国际合作的同时，认清当前国外乏燃料后处理技术、标准和环境要求不断变化的事实，勇于自主创新，突破国际传统乏燃料后处理设计思路，实现关键技术的跨越发展。

　　第三，适时调整乏燃料后处理基金征收费率。与世界上多数发展核电的国家一样，我国乏燃料后处理实行基金制，并以电价形式向发电企业征收相关费用。根据2010年财政部、国家发展改革委、工信部发布的《核电站乏燃料处理处置基金征收使用管理暂行办法》规定，乏燃料处理处置基金按照核电厂已投入商业运行五年以上压水堆核电机组的实际上网销售电量征收，征收标准为0.026元/千瓦时。然而，从20世纪90年代至今，我国核电已汇聚了二代、三代各种堆型机组，四代核电也已示范应用，产生的乏燃料的类型、规格等不尽相同甚至差异巨大，仍以同一标准征收乏燃料后处理基金已不合时宜，可适时研究制定差异化的乏燃料后处理基金征收费率制度。

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　　后处理技术可分为水法后处理技术和干法后处理技术（也称非水法后处理）：

　　水法后处理技术主要指溶剂萃取法（液液萃取法）、离子交换法、沉淀法等。水法后处理是将乏燃料溶解为溶液，利用铀钚与其他元素化学行为的差异分离回收铀钚。水法后处理技术以PUREX（普雷斯克）流程为标志，PUREX流程是唯一实现工业化应用的后处理流程。水法后处理是处理热堆乏燃料的成熟方法，经过优化，可以处理长冷却期的快堆MOX（混合氧化物）乏燃料。PUREX流程以磷酸三丁酯（TBP）为萃取剂，饱和烷烃为稀释剂，利用U、Pu以及裂片元素相互之间被萃行为的差异来实现铀钚的分离与净化。

　　干法后处理技术是在高温熔盐中进行铀、钚等物质的回收。干法后处理按使用的技术原理不同可分为挥发法、萃取法和电解法三类。由于后处理过程在非水体系中进行，预期具有抗辐解性好、临界安全性高等优势，可用于金属燃料、放射性很高的燃料（乏燃料的及早处理）或次锕系元素（MA）含量高的燃料的后处理，被认为是快堆乏燃料后处理的技术选项。目前国际上的干法后处理技术整体处于实验室研究开发阶段，尚未进行工业应用。（来源：中国科学院高能物理研究所核能放射化学实验室）

　　责任编辑：张栋钧