叶国安：初心不忘驭核以和

高妍 乔占卫

“核能有些像马戏团里的猛兽，听话时让人感到其乐无穷，而一旦失控，后果不堪设想。”瑞典核物理学家帕克金森曾如此比喻核能。作为人类科技发展史上具有里程碑意义的重大事件，核能的发现和使用从来都是一把“双刃剑”。人类欣喜核能带来的超强能量，也畏惧核废料可能导致的放射性灾难。

面对优点与缺点同样突出的核能，普通人大多关注其缺点，谈核色变，唯恐避之不及，科学家却更看中它的优点，并坚定的与核为伴。他们拆解、分离、研究核的每一个元素与功能，只为了在充分规避核能缺点的前提下最大化发挥它的优点。中核集团首席专家、中国原子能科学研究院研究员叶国安，就是这样一位驭核人。

叶国安长期致力于锕系元素化学与后处理工艺技术研究，在镎、钚化学行为与后处理工艺过程研究中取得了重要成就，已获得多项国家科技进步奖。

后处理，最难的分离过程之一

乏燃料即用过的核燃料，由核电站的核反应堆产生。乏燃料可不是常规概念中的核废料，叶国安称之为“富矿”。

叶国安解释，用过的核燃料里既有大部分没有用完的铀，又形成了很多高价值的其他元素，是名副其实的资源。“核电站用过的核燃料仅仅消耗了原料铀的4%～5%，绝大部分铀没有用完，如果弃之不用太浪费了。并且，消耗掉的铀大部分会裂变成几十种裂变产物元素，一小部分会吸收中子生成更高质量数的超铀元素，如93号元素镎、94号元素钚，这是比铀更好的核燃料。”这对于铀资源并不丰富的我国来说正是雪中送炭，而后处理则是将这一“富矿”充分挖掘出来的有效手段。

核燃料后处理是分离铀、钚以及镎、镅、锔等锕系元素的复杂化学化工过程。通过后处理，可将乏燃料中的铀和新生成的钚等元素回收并利用，不仅可以丰富我国铀资源，确保我国核电进一步规模化、自持式发展，还可大大减少乏燃料放射性物量，降低其长期潜在危害。

在我国核燃料循环体系中，后处理是实现核燃料闭式循环的关键环节，是一项融合了高、精、尖的复杂技术，难度非常高。如何难？叶国安指出，后处理的难主要体现在三个方面。

第一难，化学分离难。

在周期表第7周期，锕系元素只占据其中一格。但仅这一格，就包括了15个化学性质非常相似的元素，“这些元素就像一个元素似的，因此分离纯化相当困难”。叶国安介绍，“锕系元素分离的要点是其价态调节与控制，特别是镎、钚的价态调节与控制。因为镎、钚都是典型的变价元素，钚有III、IV、VI三种价态，镎有IV、V、VI三种价态，不同价态可以共存，在辐射场中精确调整并控制在某一个价态很困难。”此外，分离中还要考虑到辐射与试剂相互作用对分离的影响等。“说后处理是最难的一种分离过程，恐怕也不为过。”

第二难，实现设备高可靠性难。

后处理是把放射性元素“打开来”操作，放射性强，对关键设备要求很高，不仅要求高自动化水平，还需要高可靠性，最好免维修。这对于设备台套数达到20余万的后处理厂来说，是一个很大的挑战。

第三难，技术集成和稳定运行难。

后处理本身就是一个流程化工厂，物流组成复杂、各成分之间差别大、物流形态和放射性差别大，导致相应的处理工艺、操作手段、防护要求不一样，所以它的设备很多。可以说，后处理是一个各种高端装备、检测与控制技术高密度集中使用的场所，如何集成匹配、优化运行至关重要。

这是开展后处理工作的难点，也是叶国安30多年攻关的重点。

叶国安学放射化学出身，1986年被分配到中国原子能科学研究院工作，“一来就分到后处理室，叫做锕系元素化学与工艺研究室”。

上世纪80年代，军工科研艰难，经费少，人员流失严重。好在有一批老同志兢兢業业的坚守，叶国安就是在王方定院士等老一辈科学家带领下一步步入了后处理的门。

在叶国安从新兵成长为老将的30多年里，我国的后处理水平也逐步提高，发生了很大的变化，“研究条件有了改善，建成了核燃料后处理放射化学实验平台;建成了核电站乏燃料后处理中试厂 ，从军用后处理转到核电站乏燃料后处理，放射性提高两个数量级、铀钚分离净化指标也相应有很大提高，技术有了很大改进;分析检测技术取得了很大进步，安全监管要求也比过去更加严格”。

这其中，有一项与叶国安领导的团队密切相关，那就是核燃料后处理放射化学实验平台CRARL的建设。

CRARL平台，一座开启未来的方舟

2021年11月3日，2020年度国家科学技术奖励大会上，“核燃料后处理放化实验平台设计建造关键技术及应用”项目荣获国家科学技术进步奖二等奖，项目第一完成人叶国安代表团队领奖。

核燃料后处理放化实验平台，即CRARL，是为适应我国核能进一步发展与核燃料循环体系建设打造的一个综合性科研平台，可用于开展后处理热实验及放射化学研究等。

CRARL的建成令人振奋，“可以做热实验了，这是以前想都不敢想的。”叶国安介绍，“后处理工艺技术研究有一个规律，先做分离的小实验，一般称为试管实验，研究基本分离机理、分离条件;然后把很多元素加在一起，类似于乏燃料的组成，但是不加放射性的核素，做分离工艺研究，每个工艺段都这样做;最后再把全部工艺段连接集成起来，用真实的乏燃料做热实验验证和改进。”

此前虽有可以开展后处理工艺研究的实验室——46-戊工号，但它辐射防护等级不够，设备老化严重，无法开展核电站乏燃料后处理的化学与工艺热实验。因此在CRARL建成之前，相关研究只能做前两个阶段，最后一个阶段的热实验始终无法开展。

但是，全流程热实验又是验证工艺研究真实性的关键步骤，必不可少。“当时印度都可以做，出去开会他们的研究报告水平比我们的要高出一大截。法国、美国、日本就更不用说了，他们建有非常完备的实验设施，功能非常多，我们羡慕得不得了。”叶国安说，他们一直想建一个真正的后处理研究设施。

2003年11月，CRARL立项，此时的叶国安已经担任放化所所长。在2000—2001年担任室主任期间，他带队完成了“全流程集成及其台架温实验”任务，积累了丰富经验，满腔热情亟待挥洒。

这一干就是11年，CRARL平台在2014年建成，2015年正式投入使用。“建筑面积近一万平方米，热室、工作箱增加很多，功能也比原来的多、各类实验都可以做了，操作放射性物料强度比原来高出很多，对工作人员的保护和维修水平等也都上了一个台阶，可谓实现了后处理化学与工艺研究手段的跨越发展。”叶国安满是自豪，“有了这个平台，情况就改观了”。

叶国安介绍，在这个平台上，可以处理各类高燃耗乏燃料和辐照靶件;可以研究不同后处理方法和工艺;分离的元素不再限于铀、钚，还可以提取多种元素或核素如镎、镅、锔、锶90、钚238等;还可以开展高温熔盐化学与干法后处理工艺研究;分析方法和放射性废物处理方法的研究范围也大大拓展。这是一扇门，我国先进核燃料循环后端技术的进一步研究从这里开始。

自2015年9月开始首次热试验，CRARL迄今已开展多次工艺热实验，取得了一系列原创性成果，先后完成多项重点研究任务，“其使用大大超出了原来的预期，为我国相关项目的设计解了燃眉之急，提供了急需的设计输入”，取得了巨大的综合效益。

现阶段，开展任务型研发工作的同时，他们还在围绕CRARL平台开展深入研究，比如新后处理分离方法研究，进一步提高分离效率、缩短工艺流程，减少废物量、提高后处理经济性等;进一步分离多种有价值元素，如次锕系元素镎镅锔和锶90等;此外还进行后处理分析方法改进、废物处理技术特别是冷坩埚玻璃固化研究等。

同时，叶国安领导团队按照我国核能“热堆-快堆-聚变堆”三步走战略，“结合快堆开发新一代干法后处理技术，在快堆-干法后处理核燃料循环中实现循环时间更短，缩短提高铀资源利用率的时间，为我国核能尽快实现更大规模发展提供技术保障。”

“两条辫子三个摊子”搭建的组织力

后处理是一个复杂的系统工程，通力协作是开展这项工作的前提。以热实验为例，不提前期的基础和分段研究，仅最后的集成实验就是一项“大工程”。

实验前要做好准备，包括乏燃料、设备、试剂和分析检测方法的准备，安全方面的准备;实验开始，需要整个工号高效运行，各方面配合，上千个分析样品取样、密封、远距离传输，容不得半点差错;实验完成后，1600多个样品要分析，取得工艺数据;最后还要废物处理整备，“完成整个工作要大半年的时间，往往需要几百人协同作战”。每到这个时候，也是考验叶国安这个领头人组织能力的时候。

在多年的工作实践中，叶国安总结出了“两条辫子三个摊子”的管理方法。“辫子就是工艺和分析，摊子就是设备、设施、安全，分别指定负责人和助手各管一摊，再把老先生组织起来讨论、把关。”这些经验还是在“全流程集成及其台架温实验”任务时积累下来的，后来不断完善沿用至今。

同样沿用下来的，还有锕系元素化学与后处理工艺研究团队以技术需求为牵引的成长原则。“一个团队要不断有需求牵引，才有前进的动力。牵引我们这个团队前进的，就是国家后处理事业的发展。”叶国安介绍，自“九五”至今，锕系元素化学与工艺研究一直都有技术研发需求作牵引，国家的需要就是团队前进的目标。

在各级部门的支持下，团队以任务带学科，再以学科培养人才，逐步壮大至今。如今的原子能院锕系元素化学与后处理工艺研究团队，已经成长为以首席专家和学科带头人为核心的200余人大团队。基于CRARL平台，团队能够开展大多数锕系元素的基础研究、分离工艺与分析测量方法研究，以及放射性废物处理技术研究等，在国内核燃料后处理领域独一无二。

团队成长还有一点很重要，那就是团队的内部管理。锕系团队注重学术氛围培育，是一支以技术说话的团队，以技术水平、技术能力优先，技术上不搞花架子，干工作实事求是、脚踏实地。

锕系元素化学与后处理工艺研究团队还注重外部交流，包括国际交流。后处理是个应用性很强的大专业，从应用的角度来审视自己的工作让叶国安获益良多。因此，只要有机会，他就带领大家到工厂 、设计院、高校、科学院等单位交流，“接受他们挑毛病”。同时，作为国际原子能机构核燃料循环技术工作组专家，叶国安已参加多次专家年度会议，也带领国内同行多次参加大型国际溶剂萃取、后处理、放射化学等方面的会议，积极参加中法后处理、中俄核燃料循环等方面的合作会谈。“通过这些交流看看国际水平是怎么回事，对我们工作很有帮助”。

针对人们对核的恐惧、对后处理厂建设的“邻避效应”心理，叶国安直言：“我可以负责任地告诉大家，后处理虽然是把放射性‘打开来’操作，但却是相当安全的，现在的工程技术手段完全可以把放射性屏蔽起来并密封住，可以做到对操作人员、环境和生物圈没有影响。而后处理厂 ，也会在技术上采取多种安全措施防止核临界事故和其他事故。最重要的，后处理操作的核材料与爆炸装置不一样，它们不是紧紧篐缩在一起的，而是散装或流动的，所以不会爆炸，也绝不会发生像原子弹甚至切尔诺贝利核电站那样的核临界爆炸事故。”

叶国安一再强调，后处理是一项切实有益于国家能源与经济发展的技术，应该得到正確的认知与理解，而自己的团队将会为这项技术的更长远发展砥砺奋进。