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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