一座百萬千瓦的火電廠，每年要燒掉約330萬噸煤，同樣裝機(jī)容量的核電站，一年只用30噸核燃料。但是，與燃煤后僅留下一堆廢煤渣不同，從核反應(yīng)堆中替換出來的乏燃料（即燒過的燃料）處理起來要復(fù)雜得多。乏燃料中包含有大量的放射性元素，后續(xù)若不加妥善處理，會(huì)影響環(huán)境、生態(tài)及人類健康。

從堆內(nèi)卸出的核燃料由于鈾含量降低，無法繼續(xù)維持核反應(yīng)，但仍有大量寶貝。經(jīng)過特殊的后處理后，乏燃料中的鈾和钚可以分離出來并返回反應(yīng)堆，作為燃料循環(huán)使用，形成核燃料的循環(huán)。同時(shí)，衰變期長(zhǎng)的長(zhǎng)壽命元素可以被處理為衰變期更短的放射性廢物，通過玻璃固化技術(shù)，在符合一定選址條件的高放射性廢物處置場(chǎng)里貯存處置。因此，盡管許多人將乏燃料簡(jiǎn)單稱為核廢料，這并不意味著它就是百無一用的廢料。

別小看了這類被回收再利用的核燃料，它為全球第二大核電國(guó)家法國(guó)貢獻(xiàn)了17%的電力。58臺(tái)運(yùn)行中的核電機(jī)組，分布在法國(guó)55萬平方公里國(guó)土之上，為其提供了高達(dá)75%的電力。中國(guó)目前的在運(yùn)核電機(jī)組數(shù)約為法國(guó)的六成，但在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和應(yīng)對(duì)氣候變化面前，中國(guó)擁有更龐大的核電發(fā)展計(jì)劃。到2020年，中國(guó)核電機(jī)組數(shù)量將達(dá)到90余臺(tái)，超過法國(guó)成為全球第二大核電國(guó)家。

但中國(guó)的乏燃料后處理體系，還未做好準(zhǔn)備。

環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心2016年6月發(fā)表的《全球乏燃料后處理現(xiàn)狀與分析》論文稱，全世界都不得不面對(duì)這樣一個(gè)事實(shí)，核電站卸出的乏燃料數(shù)量在增長(zhǎng)，大部分核電站的在堆貯存水池容量已經(jīng)超負(fù)荷（在送至后處理廠前，乏燃料通常先暫存在核電廠自建的硼水池內(nèi)若干年），全球正面臨如何解決乏燃料的去向問題。中國(guó)核電迅速發(fā)展，可以預(yù)測(cè)，乏燃料安全處置問題將要出現(xiàn)。未雨綢繆，完善后處理產(chǎn)業(yè)機(jī)制，讓乏燃料后處理在核能發(fā)展中變廢為寶、變廢為少，刻不容緩。

乏燃料中榨“鈾”

根據(jù)放射性程度不同，核廢料可分為高水平放射性廢料和中、低水平放射性廢物。從核反應(yīng)堆中卸出的乏燃料本身具有極強(qiáng)的放射性，因此必須經(jīng)過特殊環(huán)節(jié)的后續(xù)處理，一方面提取有用物質(zhì)，另一方面降低廢物的長(zhǎng)期放射性毒性。

以百萬千瓦壓水堆核電站為例，每年產(chǎn)生的乏燃料為25噸至30噸。乏燃料中有大量的放射性元素，毒性大、半衰期長(zhǎng)，要在地質(zhì)處置過程中衰變到天然鈾礦水平需10萬年以上，但經(jīng)過后處理等環(huán)節(jié)后，其放射性攝入毒性降到天然鈾輻射水平的時(shí)間可減至千年以下，有效地降低了乏燃料的長(zhǎng)期放射性毒性。

除了乏燃料之外，高水平放射性的核廢料還包括經(jīng)處理后的含有大量裂變產(chǎn)物和超鈾核素的廢物。核電站的污染設(shè)備、運(yùn)行時(shí)的水化系統(tǒng)、交換樹脂、廢水廢液和手套等勞保用品，則屬于中、低放廢料。

對(duì)中、低放廢物，中國(guó)已經(jīng)有了較為成熟的處置技術(shù)，不論是固體核廢料還是液體核廢料，都先進(jìn)行固化處理，然后裝進(jìn)200升的不銹鋼桶，放在近地表的處置庫。目前，中國(guó)已建成了三個(gè)中、低放廢物處置場(chǎng)，分別位于甘肅玉門、廣東大亞灣附近的北龍和四川飛鳳山。

目前國(guó)際上通行的核燃料循環(huán)路線有兩種：一種是以美國(guó)為代表的“一次通過”開放核燃料循環(huán)方式，乏燃料經(jīng)過冷卻、包裝后，作為放射性廢物直接送到深地質(zhì)層處置或長(zhǎng)期貯存。中國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等采取的則是閉式核燃料循環(huán)，乏燃料從反應(yīng)堆中更換出來后，一般先暫存在核電廠自建的硼水池內(nèi)，水可以吸收其大量的殘余熱量，大約貯存10年后，運(yùn)送至后處理廠進(jìn)行后處理。

在后處理環(huán)節(jié)，像鉗子一樣的機(jī)械手會(huì)輕松抓取乏燃料，然后放到剪切機(jī)里自動(dòng)剪切成小塊，扔進(jìn)酸里溶解，其中有用的鈾和钚被提取出來重新作為燃料循環(huán)使用，剩下的廢液交由玻璃固化廠進(jìn)行固化，再裝進(jìn)特制的廢物罐中，運(yùn)送到永久性處置場(chǎng)封存。也就是說，后處理過程使得核廢料的規(guī)模大大壓縮了。與此同時(shí)，這個(gè)過程可去掉長(zhǎng)壽命放射性核素，降低廢物長(zhǎng)期毒性，鈾資源的利用率也大為提升。

中國(guó)并非富鈾國(guó)家。據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）估計(jì)，中國(guó)有120萬至170萬噸潛在鈾資源，目前探明鈾資源儲(chǔ)量約17萬噸。隨著核電機(jī)組的增加，中國(guó)對(duì)鈾資源的需求也越來越大，僅靠市場(chǎng)采購(gòu)難以滿足需求。中核集團(tuán)地礦事業(yè)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，到2020年，中國(guó)預(yù)計(jì)將出現(xiàn)高達(dá)2600噸的天然鈾供應(yīng)缺口，到2030年，這一數(shù)值將攀升至10900噸。提高鈾資源利用率的意義，不言而喻。

通常來講，壓水堆核電站鈾資源的利用率僅為0.6%左右，如果對(duì)乏燃料進(jìn)行后處理，用“榨”出來的鈾在壓水中再循環(huán)一次，可節(jié)省天然鈾25%；若如此多次循環(huán)，則鈾資源的利用率可以達(dá)到1%；若將后處理得到的钚與鈾富集后剩下的貧鈾制成快堆燃料，則鈾資源的利用率可以達(dá)到60%到70%。

對(duì)于后處理的建設(shè)，一位日本專家曾打過這樣的比喻：現(xiàn)在很多國(guó)家都在建核電站，就好像吃東西一樣，大家現(xiàn)在都吃最好的一段，但是對(duì)乏燃料后處理考慮不夠，這樣發(fā)展下去的話核電將不能可持續(xù)發(fā)展。

據(jù)《全球乏燃料后處理現(xiàn)狀與分析》，全球已掌握乏燃料后處理技術(shù)的國(guó)家有9個(gè)：法國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、印度、日本、美國(guó)、比利時(shí)、德國(guó)、中國(guó)。其中，法國(guó)、英國(guó)、印度和俄羅斯正在運(yùn)營(yíng)商用后處理廠。

資料顯示，過去30年里，美國(guó)運(yùn)行有100多個(gè)核反應(yīng)堆用于發(fā)電，目前美國(guó)核電站產(chǎn)生的乏燃料共有45000噸，并且正以每年2000噸的速度增加。德國(guó)核電站、實(shí)驗(yàn)室及醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)每年產(chǎn)生20萬立方米放射性廢物。與美德等國(guó)相比，中國(guó)的乏燃料處理和處置似乎還沒有到“最危險(xiǎn)的時(shí)候”。

但隨著核電機(jī)組的陸續(xù)建成和投運(yùn)，中國(guó)乏燃料的產(chǎn)生量和累積量將呈逐年上升趨勢(shì)。對(duì)于核電在建規(guī)模穩(wěn)居世界第一的中國(guó)而言，這種核電站建設(shè)與后處理發(fā)展之間的脫鉤情形將日益突出。相關(guān)資料顯示，按照中國(guó)目前的核電發(fā)展規(guī)模和速度測(cè)算，到2020年將累積產(chǎn)生乏燃料7500-10000噸，2030年將達(dá)到20000-25000噸。

然而，中國(guó)尚未建成商用大型乏燃料后處理廠，國(guó)內(nèi)首座、同時(shí)也是惟一一座乏燃料后處理中間試驗(yàn)工廠建在位于甘肅的中核404廠區(qū)內(nèi)（404廠為中國(guó)最早的核工業(yè)基地之一），該中試工程年處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中國(guó)乏核燃料后處理的需求。乏燃料后處理/再循環(huán)已然成為中國(guó)核燃料循環(huán)中最薄弱的環(huán)節(jié)。

全球第二的在役核電規(guī)模，造就了法國(guó)發(fā)達(dá)的核循環(huán)工業(yè)。法國(guó)擁有世界上規(guī)模最大、工藝最成熟、技術(shù)最先進(jìn)的商業(yè)乏燃料后處理及再循環(huán)工業(yè)。其阿格后處理廠是法國(guó)乃至世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)、工藝最成熟的商業(yè)輕水堆乏燃料后處理基地，兩個(gè)車間的總處理能力約為1700噸/年，若滿負(fù)荷運(yùn)行，可承擔(dān)90~100臺(tái)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組每年產(chǎn)生的乏燃料的后處理任務(wù)。阿格后處理廠不僅為法國(guó)本土所用，還為西班牙、瑞典等國(guó)提供服務(wù)。

美國(guó)雖出于防核擴(kuò)散原因停止了商業(yè)后處理活動(dòng)，但從未停止過后處理技術(shù)的研發(fā)。

印度在上世紀(jì)50年代就開始后處理技術(shù)的研究，是繼英、法、俄羅斯之后第四個(gè)運(yùn)行商業(yè)后處理廠的國(guó)家，其釷燃料閉式循環(huán)路線與快堆乏燃料后處理技術(shù)均處于較先進(jìn)水平。

中國(guó)的商用后處理大廠建設(shè)之所以緊迫，不僅是出于巨大的現(xiàn)實(shí)需求，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，還源自中國(guó)核電發(fā)展“壓水堆-快堆-聚變堆”三步走發(fā)展戰(zhàn)略。

如果將目前商業(yè)運(yùn)行中的壓水堆稱為 “今天”的核電技術(shù)，快堆則是“明日核能”，有“人造太陽”之稱的聚變堆，則是“后天”核能技術(shù)。代表了第四代核能技術(shù)發(fā)展方向的快堆，鈾資源利用率更高、放射性廢物更少、安全性更高。但其所使用的燃料，首先必須要從壓水堆乏燃料中提取而得。因此，沒有后處理大廠，快堆將成為一座“孤島”，將面臨“無米之炊”的尷尬。

“在快堆核能系統(tǒng)中，快堆好比心臟，核燃料循環(huán)好比動(dòng)脈?！敝袊?guó)原子能科學(xué)研究院科技委原副主任顧忠茂曾表示，“如果后處理的能力上不去，那么快堆的規(guī)模也就上不去?！?/p>

后處理大廠的設(shè)計(jì)與建設(shè)是一項(xiàng)難度很大的復(fù)雜系統(tǒng)工程，時(shí)間跨度達(dá)15年甚至更久。未雨綢繆，建設(shè)與中長(zhǎng)期核能發(fā)展規(guī)劃相匹配的后處理/再循環(huán)項(xiàng)目，刻不容緩。

法國(guó)阿格核循環(huán)廠：年輻射劑量相當(dāng)于自然輻射量的百分之一

形勢(shì)迫切。中國(guó)的自主開發(fā)與引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)后處理廠技術(shù)正在同步推進(jìn)。

上述中核404后處理中試廠，于2010年12月21日取得熱調(diào)試成功，標(biāo)志著中國(guó)已掌握了動(dòng)力堆乏燃料后處理技術(shù)。從某種意義上而言，中核404中試廠的熱調(diào)試成功也提高了中國(guó)在引進(jìn)國(guó)外后處理技術(shù)時(shí)的議價(jià)能力，增加了談判籌碼。

另一方面，2004年開始，中國(guó)就在尋找通過國(guó)際合作以解決核循環(huán)技術(shù)問題的可能性。2005年，中法兩國(guó)就建設(shè)中國(guó)大型商用乏燃料后處理廠進(jìn)行了初步交流和洽談。

2013年，中核集團(tuán)與世界核燃料循環(huán)后端的龍頭企業(yè)、法國(guó)阿?，m集團(tuán)簽署了大型商業(yè)后處理-再循環(huán)工廠項(xiàng)目合作意向書。2014年3月，在中法兩國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人的見證下，中核集團(tuán)與阿?，m集團(tuán)簽署關(guān)于后處理再循環(huán)長(zhǎng)期合作諒解備忘錄。該項(xiàng)目將采用國(guó)際先進(jìn)后處理再循環(huán)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，預(yù)計(jì)2030年正式投入運(yùn)行。屆時(shí)，中國(guó)將具備年800噸乏燃料后處理能力。

中國(guó)的核循環(huán)項(xiàng)目將參考法國(guó)阿格核循環(huán)廠，由阿海琺集團(tuán)承擔(dān)總體技術(shù)責(zé)任、中核集團(tuán)負(fù)責(zé)建設(shè)，總占地3平方公里，由國(guó)家專項(xiàng)基金投資。阿格核循環(huán)廠多年監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)表明，該工廠給產(chǎn)業(yè)園區(qū)附近的公眾帶來的輻射劑量為0.03 毫西弗/年（mSv/a）。

這是什么概念呢？中國(guó)天然本底輻射劑量約為3.1毫西弗/年，是上述阿格核循環(huán)廠年輻射劑量的100倍。一次乘飛機(jī)飛越大西洋的輻射劑量約為0.02毫西弗，一次醫(yī)療CT輻射劑量為10毫西弗。

據(jù)介紹，為了保證工廠周圍區(qū)域的土壤、地表水和空氣中的放射性水平低于限值，中國(guó)核循環(huán)項(xiàng)目按照法律法規(guī)要求將所有放射性廢物進(jìn)行集中管理和處置。

從核電站到后處理廠，乏燃料的運(yùn)輸有一套嚴(yán)密的體系，按照《放射性物品運(yùn)輸安全管理?xiàng)l例》有相關(guān)的規(guī)定，運(yùn)輸之前需要報(bào)批，需對(duì)于路線、時(shí)間、物品的質(zhì)量、應(yīng)急措施等提出非常明確的計(jì)劃。

除了循環(huán)廠選址和設(shè)計(jì)本身的安全保障外，“核循環(huán)項(xiàng)目在運(yùn)行期間，還將對(duì)廠區(qū)的空氣、水、土壤、植被以及鄰近的海水、海生物、沉積物等進(jìn)行輻射監(jiān)測(cè)。由于采取了許多安全防護(hù)措施，加上后處理廠屬于高度自動(dòng)化及遠(yuǎn)距離操作，其工作人員的操作環(huán)境會(huì)十分良好，所受輻射劑量很低。例如英國(guó)THORP后處理廠，它的員工一年所受的職業(yè)照射，僅相當(dāng)于乘坐一次從倫敦到東京的飛機(jī)在空中所受輻照。擁有兩座大型廠的法國(guó)阿格中心，其氣、液態(tài)流出物的放射性釋放，多年來一直在當(dāng)局批準(zhǔn)的排放標(biāo)準(zhǔn)限值之下，公眾所受輻照劑量?jī)H為規(guī)定允許值的2%。”前中國(guó)核工業(yè)總公司核燃料局副總工、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)核燃料循環(huán)方案國(guó)際工作組及乏燃料處理國(guó)際顧問組專家蔣云清此前介紹稱。