中试工程热试成功 大厂建设仍需时间

      核电因其清洁性和高能量密度而受到青睐，并在全世界呈现出复兴的势头。但是，铀资源稀缺以及核辐射使得乏燃料有效利用及处置成为摆在核电发展面前的现实问题。

      如何从“废物”中回收有用资源？如何将辐射风险降至最低？乏燃料后处理显得迫在眉睫，也成为我国核电产业可持续发展所必须思考的问题。

      2010年12月21日，我国第一座动力堆乏燃料后处理中间试验工厂中核四〇四中试工程热调试取得成功。

      热调试成功的意义在于，实现了我国核燃料闭式循环目标，为我国先进后处理工程技术开发提供了重要研究实验平台。这标志着我国已掌握动力堆乏燃料后处理技术，也标志着后处理的整个工艺流程全线打通，有力推动了核燃料产业及核电快速发展。

核能可成千年能源

      据悉，此次中试工程热调试取得成功，关键是动力堆乏燃料后处理技术的突破。这项技术受到媒体频繁关注的原因，在于一组对比性很强的数字：若将核动力堆中燃烧后核燃料中的铀、钚材料回收，并实现循环利用，在现有核电规模下，我国已探明的铀资源从大约只能用50到70年，变成足够用3000年。

      除了变成“千年能源”，此次成功还有一个抢眼的地方，就是该工程为我国完全自主设计、自主建造、自主研发，这个过程经历了24年之久。同时，中国也成为继美国、英国、法国、比利时、印度、德国和日本后，全世界第八个掌握核电乏燃料后处理技术的国家。

      据中核集团后处理中试工程总指挥王俊峰介绍，这次试验之所以成功，是因为制备出了合格的铀产品和钚产品。

      记者了解到，对于乏燃料的管理，国际上主要有两种战略：一种是后处理战略，即对乏燃料中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，属于闭式核燃料循环。另一种是一次通过战略，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。

      “压水堆核电站乏燃料中残余的铀-235含量一般是1%左右，而天然铀中铀-235含量是0.714%。但是把天然铀变成低加浓铀要经过复杂的程序，相比之下，回收利用的意义更大。”国家环保部核与辐射安全中心副主任康玉峰告诉记者。

      康玉峰还介绍，乏燃料中还有新生的可裂变物质钚-239，通过后处理从乏燃料中回收有用的铀和钚，制成二氧化铀或MOX 燃料（用二氧化铀、二氧化钚混合固溶体制成的燃料组件）返回热堆或快堆使用，可以大大提高铀资源的利用率。

来之不易的突破

      业内人士告诉记者，中试就是在大规模产量前的较小规模试验。所以，中试厂的后处理规模也较小。该人士透露，此次中核四〇四中试工程处理了十个核燃料组件，按每个组件460多公斤计算，一共是近5吨左右的乏燃料。而中试项目目前的设计处理能力是550吨。

      “虽然法国、英国、俄罗斯、日本、印度等国掌握动力堆乏燃料后处理技术，但每个国家对核心技术体系都严格保密。所以，我国的中试厂取得阶段性关键成果，完全是自主做出来，实属不易。”业内专家向记者表示。

      康玉峰也告诉记者，中试是一个非常专业的领域，所有的工艺及设备不可能短期内达到成熟，都要一点点放大。

      记者了解到，一个中试项目一般首先进行试管试验，接下来是试验室台架下试验，接着根据试验室效果进行放大，进行公斤级试验，然后通过全流程来验证工艺，接着再进入中试。法国、德国、日本等国都有自己的中试厂，用来验证工艺及设备。

      “如果我们没有自己的后处理技术，未来建设后处理大厂将面临很大困难。”康玉峰说。而他所说的困难，包括能否引进技术以及是否要支付高昂费用。

      相关资料显示，乏燃料后处理是我国早已确定的技术路线。1983 年，国务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。

      记者从业内专家处了解到，我国的后处理中试项目于1986年立项，2006年最终建成，前后经历20年时间，花费十几亿元。

      “建中试厂花十几个亿并不算多。”康玉峰表示。他以欧洲较早的中试厂做了对比：上世纪60年代，欧洲在比利时建一个中试厂花费了17亿德国马克。

后处理要循序渐进

      中试厂热试成功，很容易让人对乏燃料后处理大厂（以下简称大厂）的建设产生期望。业界也曾呼吁尽早建大厂，以进一步完善我国核燃料循环体系。
     
      “虽然中试厂取得了突破性进展，但是建大厂仍需要时间。”业内专家认为。

      国金证券的研究指出，乏燃料只是核燃料循环利用的第一步，在缺乏快堆支持的情况下，无法达到终极铀燃料闭合回路利用。因为乏燃料后处理在目前技术条件下只能够实现对天然铀30%的节省，要达到核燃料利用率50-60倍提升，则要完全依赖快堆技术对钚的循环利用，而快堆商业化则预计至少还需要10年时间。

      上述专家介绍，快堆需要高浓铀为燃料，目前国内高浓铀很稀缺，我国实验快堆和示范快堆只能用MOX元件作燃料。

      目前，MOX元件正通过两个渠道落实。其中之一就是依托中国实验快堆提出的“快堆MOX燃料元件辐照考验技术研究”项目，旨在通过开展中国实验快堆MOX堆芯、燃料元件设计、组件设计和堆外试验等研发工作，掌握快堆MOX燃料设计、材料和应用等关键技术，实现我国快堆MOX燃料组件的自主化；另外是直接从比利时引进一个MOX元件制造厂。

      “大厂建造时间一般都很长，法国阿海珐公司帮助日本在北海道建造的商用大厂花了约20年时间。”康玉峰举例。他指出，当中试厂完成一定数量乏燃料的试验，并成功过关后，就会逐渐成为具备一定规模的生产厂，到时便可以处理几百吨，甚至更多的核电站乏燃料。

      “乏燃料后处理技术的成熟，对快堆、对核燃料循环，对我国核电发展都有积极的意义。”业内专家告诉记者。

      “我们要经历一个循序渐进的乏燃料后处理发展过程。”康玉峰说。（记者 朱学蕊）