有核國家如何處置乏燃料?
發展核電,也會在生產運行過程中產生廢物,其中,從電站核反應堆堆芯中替換出來的“燃燒”后的燃料棒也就是乏燃料,具有極強的放射性,國際上有核國家如何對待處理乏燃料,是每個有環保意識,關心核電發展的人非常關心的問題。
乏燃料后處理方式有哪些?
據了解,當今有核國家乏燃料處理方式有三種:一是送往后處理設施,從廢物中回收其中所含的鈾和钚,二是存放在中間貯存設施,三是放入地質處置庫進行最終處置。
目前,世界范圍內的大多數乏燃料都貯存在其來源地的核電廠。根據選定的處置路線,最終處置庫可能因此接收未經處理的乏燃料,或一般廢物,或兩者都接收。處置庫是用于處置乏燃料等核材料的地下裝置,通常位于地面以下數百米深處,能夠確保放射性核素與生物圈長期隔離的穩定地質構造中。
據悉,國際上核燃料循環分為閉式核燃料循環和一次通過式核燃料循環兩種技術路線。閉式核燃料循環是指回收乏燃料中的鈾、钚等易裂變材料以及可以利用的次錒系元素等物質,易裂變材料再加工制造成核燃料組件,其他放射性核素作為廢物最終處置;而一次通過式核燃料循環是指將乏燃料作為放射性廢物直接最終處置。
我國自上世紀80年代啟動高放廢物深地質處置的研發工作,目前正開展深地質處置庫選址和地下實驗室建造等工作,并計劃于本世紀中葉建成并運行深地質處置庫,以確保能夠及時接收高放固體廢物。
目前,采取一次通過式技術路線的國家有瑞典、加拿大、西班牙和美國;采取閉式循環技術路線的國家,有中國、法國、英國、俄羅斯、日本和印度。
事實上,現在世界上的大多數乏燃料并沒有采用這兩種處理方式,而是處于暫存的狀態,分為在堆貯存和離堆貯存兩種。
有核大國處理乏燃料的現狀
全世界掌握了乏燃料后處理技術的國家有9個:法國、俄羅斯、英國、印度、日本、美國、比利時、德國、中國。
法國擁有世界上最大的輕水堆乏燃料后處理能力設施,即由AREVA公司運營的UP2-800和UP3工廠。這兩個后處理廠總的運行能力達到1700tU/a。后處理能力不僅滿足國內需求,同時能夠為日本、西班牙、瑞典等其他國家提供服務。
英國兩個主要核燃料后處理廠都在塞拉菲爾德。塞拉菲爾德鎂諾克斯燃料后處理廠(B205)處理鎂諾克斯核電站產生的乏燃料,處理能力為1500tHM/a;塞拉菲爾德的THORP后處理廠處理改進型氣冷堆(AGR)和壓水堆(PWR)卸出的乏燃料,其處理能力為1200tHM/a。
俄羅斯核電站每年卸出的乏燃料約為710tU,其唯一的后處理廠是由瑪雅克化學聯合體經營的RT-1廠,處理能力為400tU/a。俄羅斯正在制定乏燃料管理聯邦法規,以便為乏燃料安全管理奠定法律基礎。同時,俄羅斯國家原子能公司也在著手建立乏燃料安全管理相關機制。
印度在世界上是第三個建成普雷克斯(PUREX)水法后處理流程(用磷酸三丁酯萃取法從輻照核燃料中回收鈾、钚的一種化工過程)的國家,世界上唯一對坎杜堆乏燃料進行后處理的工廠也在印度。目前有3個后處理廠正常運行,最早的特朗貝中試廠處理能力60t/a,后建成的塔拉普爾后處理廠(PREFRE1和PREFRE3B)主要處理重水堆燃料,處理能力分別是150t/a、200t/a。
日本東海村工廠的設計處理能力為270t/a,而其每年僅處理大概10t。該工廠1981年正式運行,迄今為止對日本各電力公司的約1100噸乏燃料進行了后處理。2014年9月,日本原子能開發機構宣布,因要滿足新安全標準所需投資過大,決定廢棄東海村后處理設施。日本核燃料有限公司(JNFL)擁有并經營6個所村商業后處理廠,該工廠的設計處理能力為800t/a,因為福島核事故的影響,該工廠的正式運營一拖再拖,始終沒有啟動。
美國后處理研究工作一直很活躍,但時至今日沒有商業后處理廠運行。2006年美國提出了全球核能合作伙伴(GNEP)計劃,決定恢復包括后處理和快堆在內的核燃料閉式循環方案。然而,盡管21個國家已簽署了這份協議,該協議卻受到越來越嚴格的審查。美國國會削減了該項目的資金,能源部也推遲了該計劃的實施。
我國乏燃料處理狀況
伴隨核電發展,我國后處理事業有了突飛猛進的發展。我國經過多年的實踐和探索,全面掌握了后處理工藝、關鍵設備制造技術,建成動力堆乏燃料后處理中間試驗工廠,2010年12月完成熱調試,其中乏燃料水池從2003年開始接受大亞灣核電站的乏燃料,至今已成功運行12年;建成乏燃料后處理放化綜合實驗設施等一批重大設施和裝置,作為后處理實驗和錒系元素的研發平臺,為我國科研能力建設打下了堅實基礎;高放地質處置庫實驗室前期工作取得進展。
另外,中核集團與法國阿海琺于2013年簽署了我國大型商業后處理—再循環工廠合作項目,處理廠建成以后,將具備每年可處理800噸乏燃料的能力。
未來,從我國核能發展、鈾資源的現狀出發,應繼續開展中試廠熱試驗,檢驗工藝和設備的完備性,完善高放廢液處理等配套設施和后處理產業機制,為形成生產能力打下基礎;在現有中試廠的基礎上,完善工藝,改進設備,為后處理廠的實際應用做準備;加快后處理技術研發和人才培養,及時制定相應的核燃料循環產業發展規劃,讓乏燃料后處理在核能發展中起到變廢為寶、變廢為少的作用。
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