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全球钚库存情况溯源与简析

来源: 中国核工业报 发布日期:2013-08-16

    武器级钚(钚239丰度≥93%)、武器级高浓铀(铀235丰度≥90%)是核武器的重要装料。全球易裂变材料研究小组(IPFM)在2012年发表的第六份年度研究报告中指出,当前全球分离钚库存约为495±10吨。世界上大部分武器级钚为美国和俄罗斯持有。到2012年底,民用钚库存共计约260吨。在非核武器国家中,日本拥有最大的钚库存。就此,本报本期编发相关文章,以供业界参考。文章针对美、俄、英、法等国的武器级钚储备情况进行梳理,采信的数据主要来源于各国向国际原子能机构(IAEA)申报信息、官方公开文件及国外权威机构发布信息。

  美国

  美国从1944年开始生产武器级钚,先后建造了14座军用产钚堆(其中9座为石墨堆,5座为重水堆)和8个军用后处理设施,1989年停产。目前,除1个后处理设施保持运行(用于掺混高浓铀)外,上述生产堆和其他后处理设施均已退役。此外,截至2012年2月,美国共运行104座核电反应堆。

  美早期采用反应堆辐照和化学分离提取的技术路线来生产武器级钚,1975年开始研究激光分离武器级钚技术,并于1992年完成了示范系统的工艺性能验证,为生产厂建设提供了重要依据。在此基础上,美曾计划在1995年建成一座激光分离武器级钚生产厂,并从1995年到2003年生产出8吨武器级钚,但随着冷战结束,美对武器级钚的需求量降低,最终取消了生产厂建设。

  根据美能源部2012年公布的信息,截至2009年9月,美国共生产获取了111.7吨钚(含武器级和非武器级钚)用于核试验、同位素生产等消耗和损失共14吨,剩余库存95.4吨(比1994年的库存下降了4.1吨)。其中武器级钚库存为81.3吨,燃料级钚为12.7吨,动力反应堆级钚为1.4吨。在81.3吨武器级钚中有43.4吨被宣布为国防冗余(即超出国防需求)。

  俄罗斯

  俄罗斯是世界上第二个拥有核武器的国家,于1943年启动核武器研制计划,自1948年开始研发生产军用核材料。俄罗斯在军用核材料生产方面采取的是钚铀并举的技术路线。目前,俄罗斯拥有全世界最大的武器级钚和高浓铀库存,但从未公布过其军用核材料生产及储存数量。

  俄罗斯自1948年开始生产武器级钚(1949年后处理厂投入运行),先后建造了18座军用产钚堆(其中14座为石墨堆、4座为重水堆)和3个军用后处理设施。根据美俄1994年签署的《关于关闭产钚堆和停止把钚用于核武器的协定》,俄罗斯1994年后还有3座产钚堆继续运行,但生产的钚不再用于制造核武器,并接受核查。目前,除1个后处理设施保持运行,用于处理核动力舰船、研究堆和核电站等产生的乏燃料外,上述生产堆和其他后处理设施均已关闭或退役,其最后一座产钚堆于2010年关闭。此外,俄目前还运行有31座核电反应堆和一座民用后处理厂。

  由于俄罗斯公开信息不多,且生产厂情况较复杂,根据IPFM估计:1948年至2010年间,俄罗斯共生产了约145±8吨武器级钚(其中包括1994年以后仍继续运行的3座产钚堆生产的15吨)。截至2012年底,俄拥有约128±8吨武器级钚库存。

  英国

  英国自1946年开始发展核武器,1951年开始生产武器级钚材料,到1960年先后建造了10座军用产钚堆(全部为石墨反应堆)和2个军用后处理厂,1995年停产。目前,上述产钚堆均已关闭退役,2个后处理厂转用于民用乏燃料处理(其中1个已于2012年关闭)。

  根据IPFM估计:1951年到1995年间,英国共生产了17.1吨钚(含武器级和非武器级钚)。英国国防部曾于1998年向IAEA通报:截至1998年,英国的钚库存为7.6吨,其中可用于武器计划的钚(即武器级钚)为3.2吨,其他4.4吨钚为国防冗余(包括0.3吨武器级钚和4.1吨非武器级钚),后者已接受欧洲原子能共同体的保障监督,IAEA可视察。

  法国

  法国自1945年开始发展核武器,1956年开始生产武器级钚,到1973年先后建造了6座军用产钚堆(3座石墨堆、2座重水堆、1座快堆),另建有7座军民两用反应堆(均为石墨堆,也生产了少量武器级钚),1992年停产。目前,上述6座军用产钚堆和7座军民两用反应堆均已关闭或退役。此外,法国目前还运行有59座核电站,阿格后处理厂主要处理本国及国外轻水堆乏燃料。

  根据IPFM估计,1956年至1973年间,法国共生产了武器级钚7±1吨。截至2011年底,法武器级钚库存为6±1吨。

  印度

  印度核武器计划始于上世纪50年代,受限于国内铀矿资源缺乏,其军用核材料研发生产采取的是先钚后铀的技术路线。印度从1960年开始生产武器级钚,先后建造了2座可用于生产武器级钚的重水研究堆(分别具备年产6.6~10.5公斤和16.5~23公斤武器级钚的能力)、1座实验快堆(设计热功率为40MW)和1个后处理厂,目前正在建造1座原型快堆,计划再建造6座快堆。印度一直在进行武器级钚生产。此外,印度还建有6座民用重水堆型核电站和3座民用后处理厂,具备生产武器级钚的潜力。

  根据IPFM估计,印度主要利用上述2座重水研究堆生产武器级钚,截至2011年底,印可能已拥有350公斤~690公斤武器级钚。

  巴基斯坦

  巴基斯坦从上世纪70年代开始进行钚材料研发生产工作。1986年至2009年,先后建造运行了3座可用于生产武器级钚的重水反应堆和2座后处理厂,目前正在建造第四座重水反应堆。上述设施目前均在运行。

  根据IPFM估计,截止到2011年底,巴可能生产了135±45公斤武器级钚。

  以色列

  以色列从未公开承认发展和拥有核武器,但国际社会普遍认为它是事实上的有核国家。上世纪50年代,以色列在法国的帮助下建造了1座重水反应堆,可用于生产武器级钚。由于信息高度保密,对该堆功率水平和运行历史的估计存在很大不确定性,外界认为该堆目前很可能主要用于生产氚。

  根据IPFM估计,截止到2011年底,以色列可能生产了670~970公斤武器级钚。

  朝鲜

  朝鲜从1952年开始其核武器计划,军用核材料研发生产采取的是先钚后铀的技术发展路线,现已具有较为完整的核材料科研生产体系,为其发展核武器奠定了重要基础。

  朝鲜从上世纪50年代中期开始研发钚材料生产技术,主要利用1985年建成运行的宁边5MW石墨反应堆生产武器级钚(另有1座50MW 石墨反应堆和1座200 MW石墨反应堆,未完成建设,已在IAEA保障监督下拆除废弃)。该反应堆曾于2008年完成去功能化,但又于2013年4月开始恢复重启相关工作。此外,朝还在建设一座用于发电的100MW轻水反应堆,也具有生产武器级钚的潜在能力。

  根据宁边5MW反应堆运行情况,国际上普遍推测朝鲜共获得了40~50公斤武器级钚,2006年和2009年两次核试验已消耗约10公斤,2013年第三次核试验尚不能确定是否使用了钚材料。

  伊朗

  伊朗从1957年开始发展核工业,重点是先建成完整的核燃料循环前端,核材料研发生产采取的是先铀后钚的技术路线。

  伊朗正在建造1座重水研究堆,并积极寻求发展后处理技术。根据IAEA报告反映,伊尚不具备武器级钚生产能力,也没有武器级钚材料。此外,伊朗现正运行着1座轻水堆型核电站,也具有生产武器级钚的潜在能力。

  日本

  日本拥有完整的核工业体系,特别在快堆、铀浓缩、后处理等领域技术较为先进。尽管日本目前没有发展核武器,但国际普遍认为其已具有相当程度的核武器开发潜力,且可能已拥有少量武器级核材料。

  日本共建有55座核电反应堆(均为压水堆和沸水堆型),2个快堆(一个为1978年建成的常阳实验快堆,电功率45MW,2007年关闭;另一个为1994年建成的文殊原型快堆,电功率240MW,1995年因事故停运,2010年5月重启,后又因故障于当年8月停堆,至今未再启动)和2个后处理厂(一个为1977年投运的后处理中试厂,年处理能力90吨, 2006年停产;另一个为大型后处理厂,年处理能力800吨,目前正在热调试,计划2013年投运),具备生产武器级钚的能力和条件。

  根据IAEA公布的数据,截至2012年,日本共拥有从反应堆乏燃料分离的工业钚44.3吨(反应堆级钚,钚240含量大于20%),其中在日本国内后处理分离的钚共9.3吨,委托英、法进行后处理并贮存在当地的钚共35吨;日本核电厂核燃料及后处理厂未处理乏燃料中共含有钚159吨。

    尽管日本所有核设施均接受IAEA保障监督,难以公开生产核武器用核材料,但据国外有关专家分析,日本可能利用常阳实验快堆积累了40公斤超级钚;利用文殊原型快堆累积了10公斤超级钚,共计50公斤。

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