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会员注册万吨核反应堆乏燃料为啥成了烫手山芋
——院士痛陈核燃料后处理研发与工艺装备严重滞后
“在核燃料后处理上我们是一个后进的国家,这不得不承认。”
虽然,朱永公式院士手拿话筒有些颤抖,但他的语气却异常冷静:“多年来,我国对核燃料循环后段处理缺乏系统研究,没有顶层科学规划,研究力量分散,基础研究缺乏支持,这样下去势必影响核电站的可持续发展。”
今年10月16日,是我国第一颗原子弹试验成功52周年。15日,朱院士与其他9位核化学与放射化学界院士相聚在北京应物会议中心,他们理应拍手相庆,但是一说起我国的核燃料后处理的现状,气氛一下子变得严肃起来。
而在今年8月,中法合作核循环项目在连云港拟选厂址一事引起了当地居民强烈反对,最终地方政府宣布永久停止该项目的选址规划。
我国首个商业核电站1991年就投入运行,为何到今天还在为乏燃料处理厂选址困惑?朱院士痛陈的问题其根源又在哪?多位院士和专家向科技日报记者阐述观点。
乏燃料是“魔鬼”吗
乏燃料,是指在反应堆内燃烧过的核燃料,经过一定的时间从反应堆内卸出。乏燃料并非核废料。其中仍有95%的铀没有燃烧,同时还会产生一些新核素,如1%的钚和4%的其他核素。
到2020年,我国预计建成5800万千瓦核反应堆机组,每年产生的乏燃料超过1000吨,乏燃料累计总量约1万吨。
“诺贝尔奖获得者伯顿·里克特曾经写过一篇讨论核能的文章《两个魔鬼之间》,我们干的就是降妖除魔的事。”清华大学教授陈靖形象地说。
乏燃料具有很强的放射性,如果处置不当将引发难以估量的灾难。对于这个“魔鬼”,国际上有两种办法:一是永久禁锢在地下,二是“招安”部分可用之才。
“美国耗资1000亿美元在尤卡山挖了一个几百米深的地下储藏基地,但是到2015年,储量已经达到75%,过不了几年就要装满了,接下来怎么办?”陈靖反问道。因此,自奥巴马上任后,美国政府就暂停向尤卡山继续存放乏燃料,另寻出路。
而我国人多地少的国情决定了环境容量更为有限,把问题留给后代既不负责也不现实。
如何锁紧“潘多拉魔盒”
在天然铀中,仅有不到1%的铀同位素——铀235,能够在热中子的作用下发生裂变反应,而占天然铀绝大部分的铀238却不能。这就意味着,铀燃料中有99%的能量未被利用。
因此,核燃料循环后处理就是要回收铀、钚等易裂变材料,以及可以利用的次锕系元素等物质,并制成核燃料组件再次使用,而其他放射性核素固化制成玻璃块状的高放废物封存。
那么,对乏燃料的处理是否意味着打开了“潘多拉魔盒”?
“所有的处理都在常温下进行,这与切尔诺贝利或福岛因为核反应堆高温导致泄露完全不同。”陈靖说,“再配合成熟的临界安全管控措施,处理厂的风险是非常低的。”
专家介绍,后处理厂在操作过程中确实有部分放射性物质进入环境。比如氚,国际惯例是排放到海水中,因为它在海水中天然存在,且“寿命”只有几年,对环境基本没有影响。
法国阿格珐核循环厂多年监测的数据表明,工厂给产业园区附近的公众带来的辐射剂量为0.03毫西弗/年,仅相当于自然辐射量的百分之一。
“建处理厂并非要在当地存放高放废物,最终还是运输到甘肃北山的地下储存基地。”中国原子能科学研究院副院长叶国安告诉记者。
而经过处理,最终“罪大恶极”的“恶魔”比起当初的乏燃料已大大减少,一吨乏燃料处理后高放废物仅有0.2立方米,这将大大减轻地下存放的空间压力。
即将“爆仓”的乏燃料何去何从
“2004年,我们撰写了一个报告,其中讲到我国的乏燃料处理比印度还落后,引起了国家领导人的震惊。”中科院院士柴之芳说。
目前,全球主要的核国家都有乏燃料处理装置,包括法国、美国、英国、俄罗斯、日本。“印度早在十几年前就建成了3个百吨级的处理厂,而我国仅有甘肃一个50吨级的处理厂,远远无法满足商业核电站的乏燃料处理需求。”
没有处理厂,我国商业核电站的乏燃料只能存在水池中,一般核电站的水池设计容量仅能满足其15—20年的乏燃料总量。自1991年秦山核电站投运,目前已有多个核电站的水池存满。核电站不得不扩建水池或寻求干法储存,但这些仅是权宜之计。
究竟是什么原因导致核电产业前、后端发展不平衡呢?
“没有持续性投入、缺少国家顶层设计是根源。”陈靖告诉记者,2010年,国家重大专项中设立了乏燃料后处理子项,预算经费68.95亿元,但是到目前只下拨了2.6亿元。
“虽然乏燃料处理写入国家核电发展规划,但是没有细化,无法执行。”叶国安认为,我国乏燃料处理工业化能力较弱,工艺、设备、质控都不能满足连续的、大容量的处理要求。
上世纪70年代,朱永公式院士带领团队研究提出了从高放射性废液中去除锕系元素的TRPO萃取流程,为我国独创,达到国际先进水平,受到国际核能界的高度评价。但是因为工业化研究和后续投入没有跟上,至今仍未转化为处理装置。柴之芳院士不无遗憾地说。
专家们不禁追问:难道无处可去的乏燃料真的将成为我国商业核电发展中的烫手山芋吗?