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法国积极探索乏燃料后处理之路

  最近一两年来,全球核工业开始缓慢复苏。乏燃料后处理问题作为核能可持续发展的关键性制约因素,应该如何妥善解决,成为各主要核能利用国的重要课题。多年来,法国等国在其核工业发展中,不断探索乏燃料后处理的解决之道。

  法国乏燃料后处理技术规模最大、工艺最成熟

  日本在福岛核泄漏事件后,曾计划在2013年以法国阿格乏燃料后处理工厂为模型,在日本六所村(Rokkasho)建立乏燃料后处理厂。虽然日本建设乏燃料后处理厂的计划,最后因国际客户重新考虑其核电愿景而被束之高阁,但乏燃料后处理已经受到越来越多国家的青睐和认可。

  目前法国全国近80%的电力供应来自核电,全球第二的在役核电规模,造就了法国发达的核循环工业。法国拥有世界上规模最大、工艺最成熟、技术最先进的商业乏燃料后处理及再循环工业。阿海珐旗下的阿格乏燃料后处理厂是法国乃至世界上规模最大、技术最先进、工艺最成熟的商业轻水堆乏燃料后处理基地,若满负荷运行,可承担90~100台百万千瓦级核电机组每年产生的乏燃料后处理任务。

  阿格乏燃料后处理工厂于1976年建成以来一直在运营,目前年均乏燃料后处理能力在1700吨左右,拥有目前世界轻水反应堆乏燃料总量近一半的后处理能力。据了解,截止去年,有总量超过32000吨使用过的乏燃料在该厂进行了后处理,其中70%来自法国,17%来自德国,9%来自日本。

  乏燃料中仅含约5%放射性裂变物质需被储存

  在乏燃料循环利用方面,法国在上世纪60年代末由商用转向民用,同时得益于1973年石油危机时对核电的强化建设,其乏燃料处理和储存成本(0.1美分/千瓦时)已经趋向合理。而利用乏燃料再循环生产核燃料的好处是,既可节省25%左右的天然铀资源,又可以简化储存方式。据了解,从乏燃料棒中,可以提取并使用95%~96%的铀和约1%的钚,最终剩余废料在不足5%。

  据美国核能学会专员RolfWestgard介绍,乏燃料后处理的一个主要目的是资源的循环利用,例如阿格乏燃料后处理工厂,既再利用了具有超高价值的钚239(Pu239)燃料,还循环利用了铀,从而延长了世界核燃料供应。此外,大大降低放射性乏燃料的储存需求,也是进行核燃料后处理的重要目的。据了解,乏燃料中只有5%的放射性裂变产物需要被存储,而剩下95%都可以通过分离,重新作为燃料返回到新的生产过程中。RolfWestgard表示,核燃料包壳由2%的铀、钚燃料,93%的U238和约5%的危险放射性物质组成,也是只有这不足5%的放射性裂变物质需要被安全储存。

  据了解,目前世界上大多数商用核反应堆都是压水堆。其使用的核燃料为由天然铀浓缩来的富集度为3%~4%的低浓缩铀。压水堆中发生裂变反应的核素主要为U235,然而天然铀中U235的含量仅为0.73%,而绝大多数是可裂变核素U238———可以转化为易裂变核素Pu239再次利用。

  目前国际上主要有两种乏燃料处理方式,一种是以美国、俄罗斯、加拿大等幅员辽阔的国家为代表的,直接把乏燃料当核废料,不进行后处理,直接选取条件适合区域进行深埋处置。另外一种是采用闭式循环处理方法,将乏料中的裂变产物与U238进行分离,并使U238进行嬗变,生成Pu239进行再次使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。

  据了解,法国采用的储存方法是将这些裂变产品进行玻璃固化处理,然后装在不锈钢桶里,再将不锈钢桶放在阿海珐后处理厂的几个大房间的地层内深埋。

  事实上,世界上可开采的铀资源并没有那么丰富,乏燃料后处理可以大大提高铀资源利用率,减少高放射性废物处置量并降低其放射性。此外,还可以减少核废料储存需求。乏燃料后处理是未来的发展方向,在增加能源供应的同时,通过对非碳电力的使用以降低对大气的污染。

  工厂附近公众年辐射剂量相当于自然辐射量的百分之一

  除了循环厂选址和设计本身的安全保障外,“核循环项目在运行期间,还将对厂区的空气、水、土壤、植被以及邻近的海水、海生物、沉积物等进行辐射监测。由于采取了许多安全防护措施,加上后处理厂属于高度自动化及远距离操作,其工作人员的操作环境会十分良好,所受辐射剂量很低。拥有两座大型厂的法国阿格中心,其气、液态流出物的放射性释放,多年来一直在当局批准的排放标准限值之下,公众所受辐照剂量仅为规定允许值的2%。阿格乏燃料后处理厂多年监测的数据表明,该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(mSv/a)。

  这是什么概念呢?中国天然本底辐射剂量约为3.1毫西弗/年,是上述阿格核循环厂年辐射剂量的100倍。一次乘飞机飞越大西洋的辐射剂量约为0.02毫西弗,一次医疗CT辐射剂量为10毫西弗。

  很多人都不知道,实际上,人类生活在自然环境中,时时刻刻都在经历着辐射:食物和饮料中的辐射占日常接受辐射的15%,土壤中的辐射占15%,太空射线中的辐射占15%,空气中的辐射占40%,而核工业带来的辐射所占比例却不到1%。而这些辐射值,对于人体来说,都是安全的。

  再比如,英国THORP后处理厂,它的员工一年所受的职业照射,仅相当于乘坐一次从伦敦到东京的飞机在空中所受辐照。

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