核电站乏燃料后处理现状和发展趋势浅析

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核电站乏燃料后处理现状和发展趋势浅析

辽宁核电有限公司

栾洪卫

徐俊峰

景继强

［摘要］论述核电站乏燃料有效管理的相关问题，包括国际上乏燃料管理的三种主要战略考虑，文中还着重分析了乏燃料后处理的现状、优点和技术特点。［关键词］核电站乏燃料管理后处理１．概述

１．１乏燃料管理策略

为了应对化石燃料的短缺和保证能源安全，核电因其清洁性和高能量密度而受到青睐，进入了一个积极发展期，由此也

对带来了对核电站卸下的乏燃料进行有效管理的问题。目前，

于乏燃料的管理，国际上主要有三种战略考虑：

其一是后处理战略。即对乏燃料中所含的９６％的有用核燃料进行分离并回收利用，裂变产物和次锕系元素固化后进行深地质层处置或进行分离嬗变，这是一种闭路核燃料循环。其特点是铀资源利用率提高，减少了高放废物处置量并降低其毒性，但缺点是费用可能较高，可生产高纯度的钚，有核扩散的风险。

其二是一次通过战略。即乏燃料经过冷却、包装后作为废物送入深地质层处置或长期贮存，美国曾经支持此战略，但其最终处置场尤卡山项目碰到了困难，现在美国已转向了后处

概念简单；无高纯钚产生，核理。该战略特点是费用可能较低，

延续时间长达几扩散风险低。但缺点是废物放射性及毒性高，

百万年；没有工业运行经验。

还有一种是观望战略，就是等等看。１．２后处理的优点和必要性

国务乏燃料后处理是我国早已确定的技术路线。１９８３年，

院科技领导小组召开全国专家论证会，经过对我国核电发展计划、国内外铀资源情况、国内后处理工艺技术发展水平、后处理的安全性、经济性等诸多方面的充分论证，确定了“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对外公布了这一决定。

第一，后处理可以充分利用铀资源，保障核电可持续发展。发展后处理工业是保证我国核电可持续发展的重要环节。压水堆核电站乏燃料中铀－２３５为０．８％～１．３％，比天然铀中的铀－２３５的含量０．７１％还高。另外还有新生的可裂变物质钚－２３９。通过后处理可从乏燃料中回收有用的铀和钚，再制成ＵＯ２或ＭＯＸ燃料返回热堆或快堆使用，大大提高铀资源的利用率。据专家测算，将后处理得到的铀和钚返回压水堆中使用可节省天然铀３０％左右。如果能实现快堆和后处理的核燃料闭式循环，铀资源利用率可提高６０倍左右，这意味着本来仅能使用５０～６０年的天然铀就可利用３０００余年。

第二，后处理可以使放射性废物减容和降低毒性。后处理不仅可显著地减少需长期深地质层处置的核废物体积，而且可使最终废物的放射性毒性大幅度降低。动力堆卸出的乏燃料如果按“一次通过式”处理方式进行长期深地质层处置，高放废物

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量约为２ｍ／ｔＵ。按现在国际上运行的后处理厂的水平，乏燃料经

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过后处理后产生的高放废物量约为０．５ｍ／ｔＵ，仅为前者的１／４。按照目前后处理工艺技术的水平，铀、钚的回收率可达９９．７５％，使最终处置废物的放射性毒性降低一个数量级以上。

２．各国主要后处理厂的现状２．１法国

法国现在的商业后处理厂集中在阿格中心。经过４０年的发展，阿格后处理中心已成为法国最重要的商用后处理基地，也是目前世界上最大的轻水堆乏燃料后处理中心。在这里运行的ＵＰ２－８００和ＵＰ３后处理厂总的运行能力达到１７００ｔＵ／年，同时这两个厂拥有着世界大型商用后处理厂最成熟、先进的工业后处理技术。ＵＰ３和ＵＰ２－８００厂的联合工程，是欧洲最大的工程项目之一。预算５００亿法郎，耗时近２０年。ＵＰ３与ＵＰ２－８００厂顺利运行，至今没有发生重大的事故，成为成熟商业后处理的典范。法国通过对该联合工程的巨大投入，促进了法国后处理产业和相关联的一些高科技产业的大力发展，相应的科研与技术也在世

法国通过对国外客户提供后处理服界上处于领先地位。同时，

阿格基地累计处务已直接获得了较好的效益。截至２００５年初，

理的轻水堆乏燃料量已达２０５００吨，其中国内电站乏燃料１０８６３吨，国外为９６３７吨。

２．２英国

英国是传统的核大国之一，其核工业的发展已经有半个多世纪的历史了，目前核电发电量约占英国总发电量的２５％。英国一直坚持乏燃料后处理政策，在后处理、核废物管理与处置、核退役等方面都拥有一定的工业基础和技术。

英国的后处理厂主要在塞拉菲尔德与唐瑞这两个基地。塞拉菲尔德是目前英国最大的核基地。该国镁诺克斯核电站产生的乏燃料由塞拉菲尔德镁诺克斯燃料后处理厂（Ｂ２０５）处理。该厂处理能力为１５００ｔＨＭ／ａ。该国改进型气冷堆（ＡＧＲ）和压水堆（ＰＷＲ）卸出的乏燃料，则在塞拉菲尔德的ＴＨＯＲＰ后处理厂处理，其处理能力为１２００ｔＨＭ／ａ。该厂同时还处理来自国外客户的

ＴＨＯＲＰ后处理厂于１９７４年提出建设构想，经过轻水堆乏燃料。

２０多年的努力，于１９９２年完工，１９９４年开始剪切辐照燃料试运行，１９９７年获得英国核设施检察局（ＮＩＩ）颁发的运行许可证。ＴＨＯＲＰ后处理厂在大型后处理厂的设计、建造、运行等方面都拥有独到的经验和技术，可以处理先进气冷堆和轻水堆的乏燃料。运行至２００４年以来，已经累计处理了乏燃料５６４４吨。

２．３日本

（政府日本从１９６３年开始利用核能。根据电力工业委员会

咨询组织）所写的报告，核电生产能力将在２０１０年增加到７０ＧＷ，每年产生的乏燃料约１０００～１５００ｔＵ。根据日本和英、法签定的后处理合同，１９９８年９月前大约有５６００ｔＵ从轻水堆卸出的乏燃料通过海运到这两个国家进行后处理。１９７７年运行的东海村后处理厂（ＴＰＲ）截至２００２年底累积处理乏燃料约１００９吨。

日本正在建造的青森县六个所后处理厂年处理能力为８００吨铀，其水池贮存能力为３０００吨，并能贮存从英国和法国后处理厂返回日本的放射性废物，计划２００６年热试。六个所后处理厂包括乏燃料接收与贮存（正在运行）、首端、主工艺和废物处

除去易裂变产物，并置与贮存车间。主工艺使用ＰＵＲＥＸ流程，

对铀钚进行分离纯化。六个所后处理厂于１９９１年施工，在１９９９年完成燃料接收和贮存车间的建造，现已贮存大约６４０吨乏燃料。２００１年４月在工厂的首端厂房开始水试，２００５年７月完成建造工作。其工艺厂房的设计主要引进法国的技术，也采用了英国和西德的一些技术，并尽可能地使用本国技术。全部辅助设施都使用国内技术，而且全部厂房的设备包括主工艺线也都采用本国制造的设备，以利于建立日本自己的后处理技术体系。

２．４俄国

早在上世纪４０年代末，苏联就开始军用堆乏燃料的后处理。第一座大型生产堆于１９４８年６月建成投入运行，与之配套的后处理厂在１９４８年底到１９４９年初开始投入运行。俄罗斯核电站每年卸出的乏燃料约为７１０ｔＵ，到２００６年累计卸出的乏燃

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离得到的产品不是纯钚，而是钚和次锕系元素的混合物，可避免产品用于核武器制造；同时，在不影响快堆运行的情况下，产品中可含有适量的裂变产物，其放射性辐射可防止恐怖分子的接近，且随着超铀产品对裂片去污要求的降低可以降低处理成本。所以，这种流程设计比较合理，获得的产品能够满足防扩散要求。

３．后处理技术的发展趋势在后处理技术发展早期，干法流程一度被认为优于水法流程，后来水法工艺ＰＵＲＥＸ流程成为后处理技术的主流，但干法工艺研究一直很活跃，特别是对于快堆乏燃料的后处理，干法工艺是一种不可或缺的技术路线。

从近期来说，技术上成熟的水法工艺ＰＵＲＥＸ流程是主要的前进方向，干法被认为是辅助或备用工艺。然而从较长远发

气冷堆、熔盐堆等等）乏展来看，对先进反应堆（液态金属快堆、

燃料的处理，倾向于干法后处理技术的利用。

进一步开发水法后处理工艺所追求的几个主要目标是：尽量减少待处置废物总体积和活度；回收长寿命的放射性核素供特殊的处置或嬗变；提高防扩散能力；无盐流程开发和减少循环数。

现有工艺的改进对工厂运行很重要。例如，英国核燃料有限公司开发的轻水堆燃料和包壳通过电解法直接溶解，为提高材料分离和纯化的效率正在进行大量的工作。日本核循环开发研究所（ＪＮＣ）正在研究增加一个结晶阶段供钚分离之用。为了减少废物量，无盐试剂的使用已经得到广泛的研究，例如法国原子能委员会（ＣＥＡ）对高浓度硝酸溶液催化调节脱硝作用的研究。在锕系元素分离工艺这个领域，大部分工作目前正在进行。参考文献

［１］国家发改委．核电中长期发展规划（２００５—２０２０年）［Ｒ］．２００７－１０．

［２］潘自强，张伟星．中国可持续发展铀资源战略研究［Ｒ］．中国工程院咨询报告，２００４－１２．

［３］乌森．法国的能源安全政策［Ｊ］．国际石油经济，１９９９，（４）：２６．［４］郑玉辉．中国核能资源利用战略研究［Ｒ］．中国核工业经济研究中心，２００１－１０．温抗裂性，其次是抗冻水稳性、抗老化性能和疲劳耐久性，高温性能是较次要的。为了满足这些要求，首先应采用低温性能优良的沥青混合料，沥青的５℃延度应大于８０ｃｍ。

（２）沥青混合料应采用密级配沥青混凝土，因其孔隙率小，具有良好的抗冻水稳性和疲劳性、耐久性，同时，可以适应高原高辐射条件下抗老化的要求。混合料应选用较稀标号沥青，针入度宜为１５０～１７０（０１１ｍｍ）；适当增加沥青用量，一般采用６１５％～７％的含量，以减少低温裂缝，但也应考虑具体路段的气候条件。细集料粒径＜５ｍｍ时，可以使用沿线的砂砾材料，但粗集料应采用机轧碎石。

（３）青藏高原气候寒冷，沥青混合料温度下降较快，为便于沥青混合料摊铺、压实成型，对沥青混合料拌和温度应适当提高或缩短运送距离，并采用覆盖保温措施。

在当前国有投资占主要地位的情况下，“低价中标”能够有效减少一些人为因素，有利于防止腐败现象在招投标领域的发生，有利于建筑市场的竞争健康发展，有利于建筑业朝着优胜劣汰、强的更强、好的更好的势态发展。所以，探讨如何确定最优“低价中标”评审招投标法，是实现业主与施工方“双赢”的途的径，也是实现工程质量合格、安全生产，文明施工的前提。参考文献

［１］中华人民共和国招标投标法．法律出版社，１９９９年１０月［２］中华人民共和国安全生产法．法律出版社，２００２年７月［３］公路工程施工招标投标管理办法．人民交通出版社，２００６年７月

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料已经超过１７０００ｔＵ。于１９７６年４月投入试运行的ＲＴ１后处理厂是目前俄罗斯仍在运行的后处理厂，年处理能力为４００ｔＵ／年，累计处理量约为４５００ｔＵ。为了处理ＷＷＥＲ－１０００型核电站的乏燃料，前苏联在上世纪７０年代计划在克拉斯诺亚尔斯克地区建设处理能力为１５００ｔＵ／年的ＲＴ２后处理厂。该厂建设了大约３０％以后，由于各种原因，１９８９年宣布无限期推迟建设。最近有相关资料报道，该厂可能于２０２０年建成运行。

２．５印度

印度是继美、法之后建成水法ＰＵＲＥＸ后处理流程的第三个国家，也是目前继英、法之后第三个运行商业后处理厂的国家，同时还是世界上唯一对坎杜堆乏燃料进行后处理的国家，某些后处理技术处于世界领先地位。

印度在上世纪５０年代就开始后处理技术的研究，最早的特朗贝中试厂于１９６４年投运，采用了通用的ＰＵＲＥＸ流程，经过改进，其年处理能力从３０吨扩大到６０吨。在特朗贝中试厂成功运行后，印度先后又建成了塔拉普尔和卡尔帕卡姆两座后处理厂，塔拉普尔后处理厂（ＰＲＥＦＲＥ１）于１９７４年投产，主要处理重水堆燃料，设计能力为１００ｔ／ａ，１９９０年实际能力达到１５０ｔ／ａ。计划于２００５年运行ＰＲＥＦＲＥ３Ｂ后处理厂，设计能力为

卡尔帕卡姆后处理厂，原设计处理能力为１００ｔ／ａ，后决定１５０ｔ／ａ。

扩大一倍，达２００ｔ／ａ。由于印度特别重视对快堆乏燃料的后处理，印？甘地原子研究中心正在建造一座快堆乏燃料后处理厂（ＦＲＦＲＰ）。

２．６美国

现在通用的后处理ＰＵＲＥＸ流程是美国率先开发出来的，美国商业后处理厂的建造起步也很早。但是，１９７７年卡特政府宣布无限期推迟商业后处理政策，后来虽然里根政府表示采取积极步骤支持商业后处理，美国至今没有商业后处理厂运行。不过，美国后处理研究工作一直很活跃。今年２月，美国首次推翻原先制定的乏燃料“一次通过”政策，表示恢复商业乏燃料后处理，而且这种后处理技术可以防核扩散。

美国拟采用ＵＲＥＸ流程，该流程的特点是采用一个水法流

次锕系元素和程，在首端将占乏燃料９６％的铀与仅占４％的钚、

裂变产物分开。大量的铀的分离提取采用水法流程，可借鉴成熟的ＰＵＲＥＸ流程的经验，所需的分离设备很小。由于该流程分（上接第３０２页）辟临时便道困难，需采用半幅施工以保证通车，造成沥青混凝土路面接缝问题比较突出，处理不当将造成纵向接缝不平整、不密实。因此，施工时必须注意接缝处理，纵缝必须垂直相接。

⑸施工季节

根据青藏高原的气候特点，结合青藏公路沥青混凝土路面多年来的铺筑实践，沥青混凝土面层最佳施工季节在每年的６月～９月。

４结语

青藏公路沥青混凝土路面的修筑过程也与我国沥青混凝土路面的发展紧密结合，从普通沥青混凝土路面发展到目前的具有良好路用性能的改性沥青混合料路面，取得了很多成果。

（１）在青藏高原的气候环境下，沥青混合料首先应考虑其低（上接第３０３页）欠民工工资的现象时有发生。随着时间的推移，这样的“隐患”数量和爆发力会越来越大，总有一天会产生多米诺骨牌效应，波及安全生产、工程质量、社会治安多个领域。这一系列问题将会增加社会的不安定因素，对经济社会的

“包工头”健康发展极为不利。从而导致项目部的民工因工资被

拖欠，发生集体上访建设单位的事件。

结束语目前，我国建筑施工企业在“僧多肉少”的甲方市场形势下，是一个弱势群体，它只能是一个被动地去接受不公平的招标文件、合同条款，低于成本价中标妨碍了整个建筑业的健康发展。但是，实行“低价中标”，却又代表着市场竞争的发展要求和发展方向，它是通过经济杠杆推动行业和技术进步。特别是

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