关于核废料和乏燃料后处理的一些问题

　　1、什么是“核废料处理厂”？它做什么事情？

　　“核废料处理厂”的正式名称应该是乏燃料后处理厂。该厂将核电厂用过的核燃料，即乏燃料，用化学方法处理，回收仍可继续利用的铀、钚等元素，并产生较多的放射性废料，包括高放射性和中低放射性废料。

　　乏燃料后处理厂一般也作为核电厂卸除燃料的场外保存地，能够存放较多的乏燃料，以缓解核电厂乏燃料的存放压力。

　　后处理厂一般还会有一个铀钚混合燃料（MOX燃料）厂，以直接将后处理提取出来的钚制成核燃料组件。

　　在找到最终处置地之前，后处理形成的各种放射性核废料要暂时堆放在后处理厂。

　　2、什么是乏燃料？有什么特点？

　　对于现在中国的主流核电厂，没用过核燃料是低浓缩铀（铀235大约占3%，其余是铀238）。核燃料在反应堆中燃烧到不具经济性之后，电厂就会停堆，并把用过的燃料从堆芯中取出。此时的燃料成分发生变化，大约含有96%的铀238，0.8%的铀235，0.4%的铀236，1%的钚239，0.1%的其它超铀元素，其余为各种成分的裂变产物。

　　低浓缩铀的放射性不严重，但是乏燃料中大量元素是强放射性的。随着冷却时间的延长，放射性会逐渐降低。但放置十年之后，仍有日常放射性本底强度的百亿倍。

　　乏燃料如果直接深埋处置，也可叫核废料。

　　3、乏燃料怎么一般处理或处置？

　　主要有两类方法:

　　一是不要了，直接找个安全的地方埋起来。历史上曾经很多国家把核废料直接扔海里。现在是找一个地质稳定，不透水的地方，挖一个大于三百米深的地洞，埋在里面。这是深层地质处置法。美国，加拿大，瑞典，芬兰，德国等采取或考虑采取这类方法。

　　二是像法国那样，用化学方法将乏燃料中的有用元素分离出来，继续利用，其余的高放射性废料固化，变成玻璃状，然后按照上面的方法深层处置。

　　4、乏燃料处理厂容易发生事故吗？

　　乏燃料处理具有很大的潜在风险。对技术保障，安全措施，管理，监管都有很高的要求。在各项措施到位的情况下，不容易发生事故，或者发生事故后，事态可控。

　　由于后处理厂有大量放射性在生产线，和储存库中，一旦发生不可预计的大事故，危害会很大。

　　历史上全球第三严重的核事故就是1957年前苏联kyshtym军用后处理厂发生过的一次高放射性废料储存罐爆炸事件，这也是世界上唯一一次6级核事故（切尔诺贝利核福岛是更严重的7级）。

　　法国的后处理厂安全记录较好。只在86年发生过一次小事故，导致5名工人入院治疗。

　　美国汉福特(Hanford site)钚工厂，即军用后处理厂，也有较严重的放射性泄漏。

　　英国的后处理厂（THORP）2004到2005年间也发生过一次比较严重的泄漏事故。

　　从技术上来说，后处理厂发生事故的可能性比核电厂大。因为核电厂里，放射性封闭在燃料组件中，不运动，不操作。而后处理厂要打开封闭，并对强放射性的乏燃料进行操作。

　　我国如果要建后处理厂，考虑到吸取了前人的经验教训，从业人员纪律性更强，发生事故的可能性应该很小。

　　5、后处理厂发生事故影响范围多大？

　　后处理厂最有可能的事故是放射性少量泄漏，如果处理及时，影响范围很小，不会超过厂区。即使量比较大，危险区域也应该只是周边一两公里范围，影响不会很远。一般的工厂泄露处理除污比较容易，不会有长期危害。

　　历史上影响较广的后处理厂事故或者泄露都是军用厂，年代较远，监管较差。民用厂的事故影响范围都很小。

　　6、后处理厂会不会排放放射性废水废料？

　　不会。所有的放射性废料都要封闭固化处理。高放射性废料深埋。低放废料要求低一些，但也必须隔离填埋。后处理厂不允许有放射性物质外泄。

　　7、为什么要进行乏燃料后处理？

　　一般的说法有下面几条：

　　第一是可以回收部分核燃料，节约天然铀资源。

　　第二是减少需要深埋的放射性量。需要深埋的放射性毒性总量降低到直接深埋的10%，并且放射性降低到基本无害的时间也从几十万缩短为1000年左右。分离出来的放射性元素也可能进行嬗变，从而进一步减少放射性毒性量，缩短无害化时间。

　　第三是为未来的快堆准备生产燃料。

　　第四是为核电厂腾出乏燃料池堆放空间，解决目前国内部分核电厂的燃眉之急。

　　8、国际上乏燃料（核废料）是怎么处理的？

　　乏燃料后处理产生的高放核废料和不处理的乏燃料都必须深埋处理。

　　历史上很多国家直接将高放核废料倾入大海或者注入地下（前苏联），但很快被国际法禁止。

　　目前具备轻水堆乏燃料处理能力的国家只有三个：法国，英国，俄罗斯。日本的后处理厂还在建，已经开工28年。

　　确定走燃料循环路线（即乏燃料处理）的国家有法国，俄罗斯，日本，印度和中国。

　　确定直接处置乏燃料(也就是不处理）的国家有美国，加拿大，芬兰，瑞典。

　　大部分国家还没有决定走哪条路线。

　　9、为什么我们国家要走燃料循环路线？

　　在核能发展初期，人们认为燃料循环可以提高铀的利用率，节约铀资源，并为以后的快堆提供燃料。核能发展会按照热中子堆，快中子堆，聚变堆的方向发展。我国在开始开发利用核能的80年代，很自然地采取了这一明显的路线。

　　印度于50年代，日本于60年代，也制定了类似的核能战略。法国60年代从美国学到压水堆技术后，由于能源短缺，开发核能意志坚决，最先执行这一战略。

　　随着时间的推移，经验和研究的积累，美国觉得后处理既麻烦又不划算，快堆也希望渺茫，因此不但没有走燃料循环路线，还干脆立法禁止乏燃料后处理。美国是核能技术的主要开发者，对各种技术的利弊了解较深，在汉福特（Hanford）钚工厂（即军用后处理厂）的问题上吃亏不小，因此修改了燃料循环政策。

　　个人认为，我国80年代制定的这一战略，恐怕应该根据这几十年技术发展的现状适当调整。

　　10、乏燃料后处理，即燃料循环有什么缺点？

　　首先，代价高昂。由于处理涉及天量的放射性，工作环境需要极端的保障措施，一旦发生一点意外，后果就很严重。一座年处理能力800吨的化工厂，本来应该是一个很小的厂子。大型化工厂都是从十万吨开始算的。如果处理普通化学产品，也就一个80年代的乡镇企业。但是我国的规划造价已经到了2000亿元。由于事故的可能，代价的一部分也表现在需要比较大的隔离区。

　　其次，有非常大的放射性存量。核电厂运来的乏燃料，处理后产生的高放核废料，在最终处置地就绪之前，必须暂存在后处理厂。放射性存量超过一座大型核电站。庞大的放射性存量意味着巨大的潜在风险和超强的安保需求。

　　第三，建设周期长。按照规划，如果后处理厂能够在2020年开工的话，2030年左右才能建成。对于现在乏燃料池已经饱和和即将饱和的核电厂，无法解救燃眉之急。规模那么大，而且相当敏感的国际合作项目，能否按照计划进行，实际要打一个问号的。法国已经确定降低核电比重，其核电运营企业财务状况相当糟糕，人才流失和后继乏人都在所难免。日本于1989年开工的六所村后处理厂项目，规模也是每年800吨，完工时间已经推迟了23次，最新的计划是到2018年才能开始处理乏燃料。费用也比预计的多了两倍，达到3万亿日元。考虑到日本核能发展前景不明朗，即使按照最新计划建成，项目能够发挥的作用也要大打折扣。

　　第四，以前支持后处理的几条理由后来发现都有问题。1、提高铀资源利用率。后处理虽然能够提高，但是非常有限。一般说法，后处理能提高25%的铀资源利用率，从开始的0.37%提高到约0.46%。但提高这一点效率的代价实在太高了。打个比方，有点像把别人吃过的西瓜皮捡起来，用非常先进的技术剔下没有吃完的瓜瓤，进行复杂的清洗，消毒，增甜，再按照市场上的西瓜单价卖给消费者。如果市面上西瓜的价格是1块钱1斤，这样循环利用后的西瓜瓤成本就是10块钱1斤，但是只能卖1块钱1斤。新生产的混合燃料不仅成本高，还不好用。用完之后产生更多的超铀元素，成分复杂，难以处理。现有的后处理技术已经不能再处理燃烧后的混合燃料。2、减少最后处置的放射性量。虽然的确如此，但是考虑到封装，减少的处置物体积只有一半。无害化时间也的确缩短了，但是1000年和100000年现在都做不到。3、为快堆运行制备燃料。全世界经过70年，1000亿美元以上的投入，发现快堆并不像想象的那么容易。法国，日本都在快堆上吃过大亏。到现在为止，快堆，特别是钠冷快堆，技术上是不可用的。4、为核电厂纾解乏燃料存储困难。这一点并不难，不需要后处理厂也行。

　　11、如果不建后处理厂，核电厂产生的乏燃料怎么办？

　　不建后处理厂，就是走一次通过，直接处置的路线。核电厂可以把在乏燃料池存放足够久的燃料组件拿出来，用罐保存。这方面有例可循。也可以在建一个池子，想办法移过去。（雷奕安，男，博士，北京大学物理学院副教授，博士生导师。）