中国核废料回收之路

相对于长距离运输核废料进行暂存，发展核燃料循环王业体系才是长久之计。

经过缓慢的反应堆裂变，核燃料组件中的低浓缩铀能量释放殆尽，已不能满足发电需要，衰变成为核废料(又称乏燃料)，随即会被移出反应堆。乏燃料具有很高的热量，其裂变产物——毒性物也在材料中积累下来。因其放射性仍十分强烈，不得随意埋弃，通常暂存在核电站内的硼水池中，直到裂变产物的活性降低到允许安全运输的程度。

对于乏燃料的处置，国际上有两种模式。一类是美国模式，即乏燃料整体填埋——这是因为美国的核政策重点一向致力于防扩散，因此在乏燃料的使用上不主张进行后处理，长期奉行“一次通过”的技术路线。也就是，乏燃料在核反应堆中使用一次后，即经过充分冷却和严密包装，进行深地质处置，这种技术选择也叫“开路”路线(与闭合的循环利用路线相对)。与美国一起选择开路路线的国家有加拿大、瑞典、芬兰、西班牙。另一种模式被称为“闭路模式”——从乏燃料中提取可用物质后，继续投入核电站的核反应。法国、英国、俄罗斯、日本、印度等国都采用这条路线，工艺技术已经成熟，都有了一定的生产能力，而且实现了热堆循环。

目前，中国采取暂存方式处理乏燃料，之所以选择暂存，而不是处置，是因为至今中国还没有一家商用的乏燃料后处理工厂。在没有永久性核废料处置库的情况下，一场人类历史上，里程最长的核废料运输图景大幕，就在中国拉开。

核废料运输项目代号“818”

3720千米，是广东大亚湾与甘肃低窝铺之间的公路距离。自2003年以来，这条勾勒大陆南北的线路，开始出没一支神秘车队。开道警车身后，两台卡车运载着直径2米以上，长度6米左右的巨大容器，保持日行不过200千米的节奏，穿越三个气候带，跨过1700余座桥梁，在武装押运人员的簇拥下低速行驶。

绝少有人知道，容器中就是乏燃料——只需10毫克，就能使人当场毙命。这些危险物质来自于大亚湾核电站。临近2003年前，建于20世纪90年代的大亚湾核电站，其硼水池中已无更多空间暂存。为这些核废料另觅安身之所，就成为核监管当局须直面的现实问题。

乏燃料运输是连接核电站与后处理厂的纽带，它在一定程度上控制着上游(核电站)和下游(后处理厂或处置场)的连续运行。所以乏燃料安全运输也被称为是发展核电必须解决的关键问题之一。更为重要的是，乏燃料当中仍有96％的物质可重新提取使用，在对其进行技术处理后，钚239会从中跳出——这是制造原子弹不可或缺的关键原料。

事实上，从1990年代初，中核集团就已着手研究如何外运乏燃料。至新世纪，酝酿成熟的乏燃料运输计划，以公路运输为主要手段，形成核运输“818”项目的雏形。

隐藏在低窝铺大漠之中的中核404总公司(以下简称404厂)，是国内唯一建有乏燃料商业化后处理厂的核工业基地。在基地中，更拥有一座中低放射性废物处置场(以下简称西北处置场)，而类似的处置场目前内地仅有两座。除此之外，这里还建设有一座乏燃料中央湿法储存设施。经由车队的秘密往返，低窝铺成为史上乏燃料最长运输路线的终点。

与离开大亚湾时有所不同的是，每一枚进入大亚湾的崭新核燃料，都是“乘坐”专用的核燃料运输列车，从位于四川宜宾的中核建中核燃料组件有限公司运来。

提议建造核燃料运输车，还是2002年的事情。当时江苏田湾核电站正在筹建，田湾向铁道部提出，希望通过铁路运输核燃料。此举被认为将打破核燃料依靠公路运输的局面，不过这并没有改变大亚湾使用卡车外运乏燃料的决心——这个时间当口距首次起运已不足一年，在经历十余年的论证之后，核监管当局在铁路运输、海铁联运、公路运输等多种方案中，于2003年选择了公路。

1995年，中核集团组建中核清原公司，负责放射性废物的收储清查工作，加速了乏燃料运输的本土研究，至2002年，即大亚湾硼水池将满前夕，中核清原向中国远洋集团(以下简称中远集团)新近成立的中国远洋集团物流有限公司(以下简称中远物流)发出《大亚湾核电站核乏燃料物流中标通知书》，确定中国乏燃料运输项目正式启动。

作为中国核运输的幕后角色，中远集团此前已先后领受国家级的核运输任务，秦山、田湾核电站的核原料进口、设备引进及核电成套设备运输，都出自中远集团之手。

乏燃料水池桥吊下，130吨吊车沉稳的将乏燃料从水池中吊起，装入空重104吨的乏燃料容器中。这个外壳由锆合金制造的庞然大物，内部装设有中子屏蔽材料，与硼水池的效用类似，屏蔽材料通过抑制乏燃料的反应来控制其放射性。在容器内壁，还有一层铅屏蔽防护装置，确保辐射射线穿透力减弱。即是如此，容器外壁仍是具有辐射剂量的，标准限值为2Msv／h。

三名操作员向容器内充水、排水，以确保腔体处于真空干燥状态，随后氦气被灌入容器，通过氦气检漏仪检测容器表面有无微小破损——氦气是惰性气体，吹入之后并不会影响乏燃料的状态稳定。增重为121吨的乏燃料运输容器被运上卡车离开大亚湾，等待它的将是一趟为期21天的迁徙之旅——它的目的地是近4000千米外的404厂。

如此隐秘的一幕，在2003年至2007年的第一个五年运输计划中，重复上演了十八次，无一闪失。这18批共35罐次的乏燃料运输工程，中远物流以项目启动日期作为项目名称，对内代号“818”项目。通常情况下，中远物流的“818”项目车队由两台奔驰平板运输卡车运载乏燃料容器，404厂公安负责押运，中核清原公司对“818”项目车队进行运行管理，即便包括辐射防护小队与后勤保障小队，主体组成人员也并不庞大。

据国家核安全局2003年发布的《关于颁发大亚湾核电站乏燃料公路运输装运批准书的通知》披露，从深圳途径广州、长沙、武汉、信阳、漯河，郑州、洛阳、西安、咸阳时，车队通行的是高速公路，从咸阳出发到兰州、武威、404厂时，车队将行走在国道上。

这支奇特的车队，即使是在地处平原地区的高速公路，车速也被严格限定不能超过45千米／时，车距50米；而在丘陵地带的普通公路上行驶，最高车速不得超过30千米／小时，平均技术车速更是低至12千米／小时。并且每运行2小时或50千米就要停车检查车辆一次，每天一次全面检查，每10天就要进行一级维护。

后处理商业化还需十年

2011年1月3日，中国高调宣布核燃料的后处理技术取得重大突破——中核集团404厂的乏燃料后处理中试厂热调试成功，从乏燃料中成功分离出铀、钚等产品，可供核电站循环使用。

国内媒体快速跟进，“铀利用率提升60倍”、“中国铀资源够用3000年”等说法，在互联网上引来一片叫好声。

准确的说，乏燃料的后处理工序，就是从乏燃料中回收宝贵的可裂变材料(铀235、钚239等)和可转换材料(铀238等)，

以便再制造成新的燃料元件——通常压水堆核电站铀资源的利用率仅为0.37％，如果对乏燃料进行后处理，用成功回收的铀在压水中再循环一次，可节省天然铀25％；若多次循环，铀资源的利用率可达l％，若将后处理得到的钚与铀富集后剩下的贫铀制成快堆燃料，则铀资源的利用率可以达到60％～70％。

好处还不止这些。事实上根据测算，装机容量为百万千瓦的核电站，其运行一年可产生30吨乏燃料，如果不直接储存而是进行后处理，则其高放废物可以浓缩在约10立方米的玻璃体中。而且其放射性水平大大降低。

目前，科学家在处置核废料时，先将乏燃料的燃料组件解体，去掉元件包壳，将燃料芯块溶解在硝酸中，然后用萃取剂(主要成分为磷酸三丁酯)，将燃料组件中的铀、钚分离并提取出来。提取物是以硝酸铀酰和硝酸钚溶液的形式出现的，通过第一步的化学还原，溶液会还原成铀和钚，采用净化工序后，可以生成金属铀、钚，或者是他们的氧化物。

这一技术被称为普雷克斯循环(Poze,x)，它是核废料后处理的主流技术。釆用普雷克斯流程的第一家商用后处理厂，于1966年在美国纽约州的西瓦立城建成，但该厂运行6年，因财务原因关闭。目前全世界有6家商用后处理厂，后处理能力为每年5500吨。为简化工艺流程和减少放射性废物的数量，人们正在研究先进的一体流程和高温化学干法后处理技术。

中国原子能科学研究院研究员顾忠茂认为，热调试的成功是中国科技人员20佘年艰辛努力所取得的突破性进展，但与其他主要核能国家相比，中国的民用核燃料循环技术仍落后一大截，因为60倍只是一种理论计算，要变成现实，真正实现商业价值，顾忠茂估计至少需要10年。

中核集团404中试厂于1990年3月由国家计委立项建设。原子能研究院是参与该项目的三个合作方之一，负责提供工艺流程和基础数据，核工业第二研究设计院(现改制为中国核电工程有限公司)负责工程设计、设备研制，404厂负责项目管理和工程运行。中试厂在调试成功后，将继续为商业运行探路。接下来的工作是完成50吨乏燃料的处理任务。顾忠茂估计，仅这一项，就可能需要1～3年时间。

后处理技术具有典型的军民两用性质(分离出的钚既能用于核电站，又能用于制造核弹。8千克钚即能造一枚核弹)，与铀浓缩技术、重水生产技术并列，是国际上防核扩散的三大敏感技术。因此，乏燃料的后处理不仅是一个技术与经济问题，也一直被视为一个政治问题。

对比之下，中国快堆乏燃料后处理研究仅仅刚起步。

核燃料“闭合循环”又有两种选择，除了在普通热堆中循环使用外，还可以将后处理分离出来的铀和钚，制成混合氧化物燃料，用到快中子增殖反应堆中，这样可以大大提高核燃料的利用率，这两种处理分别被称为“热堆循环”和“快堆循环”。理论上，经过“快堆增殖－后处理－决堆燃料制造”多次循环，利用率可以提高60倍。

在美国推行“一次通过”的开路路线30年后，小布什政府于2006年提出“全球核能伙伴计划(GNEP)”，作为美国核能发展的长远战略。该计划致力于在合作伙伴中发展推广后处理技术和快堆技术，力图恢复其核能大国地位。

尽管这项计划因为没有得到国会拨款，至今没有启动，但美国技术路线的转向，标志着“闭合循环”的技术路线已经成为国际主流。核能专家预测，2040年前后，“快堆增殖一后处理一决堆燃料制造”循环技术有可能进入商业应用阶段。

中国很早就确定了“快堆闭合循环”的技术路线。但是，作为这条技术路线的关键一环，中国的乏燃料后处理技术至今仍在中试阶段，尚未形成工业能力，与核大国的国际地位极不相称。

目前，美国的GNEP计划尽管在国内受挫，但仍在海外推行全球核能伙伴计划，寻找合作伙伴，以期在各国发展民用核能的同时，降低核扩散风险。从民用核能的国际发展趋势看。今后很可能形成少数几个国际核燃料循环中心。从这个意义上说，中国也必须尽快建成核燃料循环工业体系，否则有被边缘化的危险。

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