浅谈我国乏燃料管理现状

沈洁锋

【摘 要】截止2018年底，我国已投入商业运行的核电机组共计45台，在建的核电机组共计11台，筹备中的核电机组共计15台。随着核电的不断发展，核电站每年卸出的乏燃料的长期、安全管理已成为我国核工业不得不面对的重大课题。本文对乏燃料的管理方式以及我国乏燃料管理的现状进行分析讨论，总结当前阶段存在的主要问题并提出建议。

【关键词】乏燃料管理;核循环;后处理;中间贮存;乏燃料运输

中图分类号： D922.67文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）24-0237-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.114

0 前言

自20世纪50年代中期全球首台商用核电站投运，核电已历经了半个多世纪的发展，其年发电量已占世界发电总量的17%。由于核电相对火电在大气污染方面具有明显的优势，积极发展核电已成为我国能源建设的一项重要方针，对优化我国能源结构、保障社会经济发展具有重大意义。截止2018年底，我国已投入商业运行的核电机组共计45台，装机容量4590万千瓦;在建的核电机组共计11台，装机容量1218万千瓦;筹备中的核电机组共计15台，装机容量1660万千瓦。根据《核电中长期发展规划》，到2020年，我国在运核电装机容量将达到5800万千瓦，在建核电装机容量将达到3000万千瓦。随着核电的不断发展，核电站每年卸出的乏燃料的长期、安全管理已成为我国核工业不得不面对的重大课题。

1 乏燃料管理方式

乏燃料指的是在核反应堆中经中子轰击发生核反应后，燃耗深度达到设计限值，从堆中卸出且不再在该反应堆中使用的核燃料。乏燃料含有大量未消耗完的238U和235U，新生成的易裂变材料239Pu以及在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素。目前，国际上关于乏燃料的主要处理方式包括以下两种：

（1）一次性通过长期处置，亦称开式燃料循环。即将乏燃料全部当作核废料，选择地质条件合适的处置点进行深地质长期存储。代表国家有瑞典、加拿大、西班牙等，实际开工建设的仅有芬兰波西瓦公司的翁卡洛乏燃料永久掩埋库。

（2）闭式燃料循环。即通过化学方式，将乏燃料棒中剩余的铀235、钚239、铀238分离出来，重新制成燃料组件进入反应堆中使用;將剩余的高放废物，通过高通量反应堆嬗变为稳定的同位素;将无法嬗变的高放废物通过玻璃固化后，选择地址条件合适的处置点进行深地质长期存储。闭式燃料循环相对一次性通过处置，一方面可以将铀资源的利用率提高几十倍，另一方面可以将高放废物的体积压缩为原来的四分之一，并将放射性水平降低一个数量级以上。代表国家有法国、英国、俄罗斯、印度、日本、中国等（美国也于2006年正式宣布采用闭式燃料循环方式）。

事实上，因为一次性通过需要处置的乏燃料体量过大以及目前世界上拥有成熟闭式循环后处理技术的国家有限，大部分国家选择中间贮存的方式将乏燃料进行暂存。

2 我国乏燃料管理的方针和现状

针对乏燃料的管理和处置，早在上世纪80年代，我国就确定了核燃料“闭合循环”和“核能发展必须相应发展后处理”的技术路线，同时制定了‘中试规模—示范规模—工业规模的乏燃料后处理产业发展路线。1968年，我国第一座军用后处理中间试验厂建成，实现了普雷克斯工艺流程;2010年，动力堆乏燃料后处理中间试验厂热试成功，标志着我国已掌握了乏燃料后处理工艺的核心技术;2015年，核燃料后处理放化实验设施正式投入使用，为我国后处理科技水平提升提供了重要保障。

在大力发展自主乏燃料后处理技术的同时，我国政府也在积极寻求先进技术的引进和吸收。自2007年起就启动了大型商用后处理厂的建造策划，2009年、2015年先后与法国政府签订了《中法关于在中国建设乏燃料后处理/再循环工厂项目的联合声明》、《中法两国深化民用核能合作的联合声明》，规划以法国阿格燃料循环后处理中心和梅洛克斯燃料制造厂为原型在国内建造年处理能力800吨的大型商用后处理厂。

此外，关于高放废物的最终地质处置，我国从1986年就启动了选址工作。根据规划，将在2020年前完成地质研究和处置库的选址、2040年前完成地下试验阶段、本世纪中叶完成处置库的建设。

3 我国乏燃料管理面临的主要问题

随着福建漳州1号/2号机组、广东太平岭1号/2号机组的获批，经历了“三年零审批”的发展低潮后，核电在2019年迎来了重启之年。伴随而来的乏燃料管理问题也越发凸显。

3.1 后处理能力建设滞后

完全自主知识产权的第三代核电——华龙一号的成功研发，标志着我国核电技术水平已迈入了世界先进行列，但与之相对应的核循环后端——乏燃料后处理技术却存在严重的滞后，成为制约核能发展的最大短板。截至目前，世界上已有9个国家掌握了乏燃料后处理技术、5个国家建有大型商用后处理厂，其中法国乏燃料后处理能力为1700吨/年、英国为1200吨/年、日本为1000吨/年、俄罗斯为400吨/年、印度为330吨/年。而我国尚未建成大型商用乏燃料后处理厂，只有一座50吨/年的动力堆乏燃料后处理中间试验厂。在后处理相关的高放废物玻璃固化、关键工艺设备及材料、远距离维修和自动控制等方面，我国与国际先进水平也有着不小差距。

3.2 离堆贮存能力不足

根据我国核电机组当前的发展水平，预计到2020年，全国各核电站卸出的乏燃料累计将达到9000吨。到2030年，全国各核电站卸出的乏燃料累计将达到23500吨，离堆贮存需求达到15000吨以上。目前我国已建的离堆乏燃料湿法贮存水池远远无法满足离堆贮存需求，大部分乏燃料只能暂存于核电站反应堆内的在堆贮存水池中，而秦山、大亚湾、田湾等已运行多年的核电站在堆水池均已面临饱和。乏燃料离堆贮存能力的不足极有可能带来巨大的管理风险。

3.3 乏燃料运输体系有待完善

我国当前在运和在建核电站主要分布在沿海地区，而已建成的离堆湿法贮存水池和乏燃料后处理厂均在西北腹地，乏燃料的离堆贮存和后处理需要经过大规模、长距离的内陆运输;中核清源公司作为国内唯一授权负责乏燃料运输的专业化公司虽然具备了大亚湾核电站乏燃料运输经验，但面对我国核电机型众多、乏燃料品种不一、核电站布局分散的现状，依然存在运输能力不足、运输容器单一、运输路线复杂等多方面的难题。此外，关于乏燃料运输的法律法规体系、事故应急体系也有待进一步完善。

4 结论和建议

随着核电自主化能力的不断增加，我国已逐步从核电大国迈向核电强国。发展核电的同时，相应发展后处理，不仅能够解决国内乏燃料处置的需求，更将为我国核电出口、支援一带一路建设提供更强的技术保障。政府、企业和科研机构应该集中力量，推动后处理领域关键问题的解决，加快后处理能力和产业的建设。

4.1 加强公众沟通，推动大型商用后处理厂的建设

2016年在连云港市爆发的反“核废料厂”事件以当地政府妥协告一段落，公众担心后处理厂是“核废料垃圾场”，建成后将接收全世界的“核废料”永久储存，这充分表明，在我国，涉核信息的披露和公众沟通机制仍然缺失。随着中法合作项目谈判的不断推进，自主核循环科研不断取得成果，不论是建设中法项目还是自主项目，都绕不过公众的反核情绪。政府和企业应该尽快建立并不断完善核信息披露和公众沟通机制，并做好舆情控制，尽快推动大型商用后处理厂的选址、审批和建设，从长远发展的角度，补齐核循环产业链的短板。

4.2 干湿贮存方式并行，提高中间贮存能力的建设

在现有中间贮存设施和核电站乏燃料水池趋于饱和，而大型商用后处理厂投用仍有十余年之久的现實情况下，积极探索中间临时贮存技术和设施的进一步发展是十分有必要的。秦山第三核电厂乏燃料临时干式贮存设施的建成投用，充分表明除常规的湿式贮存方式以外，干式贮存从技术上也是切实可行的。我国乏燃料贮存一方面要加强湿法贮存能力的扩容，另一方面也要同步开展干法贮存的深入探索和研究，进一步提高我国乏燃料中间贮存的能力。

4.3 增强乏燃料运输能力，建设公海联运乏燃料运输体系

不论在哪里选址，乏燃料运输都是连接核电站和后处理厂以及最终地质处置场的关键纽带。大亚湾核电乏燃料的成功运输验证了乏燃料从广东到甘肃的公路运输能力，同时也暴露出了一系列问题。在成功研制龙舟—CNSC乏燃料运输容器的基础上，应该继续加大科研力度，研发适用于不同堆型乏燃料运输的运输容器;充分考虑沿海核电的分布，尽快建立乏燃料公海联运体系，提高运输效率;同时，针对乏燃料运输，持续完善配套法律法规和事故应急体系，确保乏燃料运输有章可循、有法可依。

【参考文献】

[1]李越，肖德涛，刘新华，丘寿康，何正忠.我国乏燃料运输现状探讨.

[2]汪海，童明炎，孙胜，杨文华.乏燃料运输容器研究进展.

[3]李玉全.核能发展形势分析.

[4]国家能源局：要制定新一轮核电中长期发展规划.