核燃料后處理現(xiàn)狀與展望

張博文 任文浩

【摘 要】本文通過(guò)對(duì)核能發(fā)展的歷程的回顧，和對(duì)核燃料后處理技術(shù)的分析等介紹了國(guó)內(nèi)外核燃料后處理的現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)析了其發(fā)展方向，

【關(guān)鍵詞】核燃料 新能源 輻射性

【中圖分類號(hào)】TL76 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）03-0071-01

0引言

眾所周知，核能是當(dāng)今世界上人類所能利用的新能源中，探究和開(kāi)發(fā)程度較高的一種能源。由于核燃料能夠大量利用，能夠后續(xù)不斷，而且能夠產(chǎn)生巨大的能量，使其成為了20世紀(jì)50年代以來(lái)發(fā)展速度最快的新能源。但是，雖然核燃料不會(huì)產(chǎn)生有機(jī)染料所帶來(lái)的空氣污染，但是核廢料具有令人生畏的輻射性，所以，核燃料的后處理則顯得至關(guān)重要。

1.核能源發(fā)展簡(jiǎn)史

在核能還仍未被人類發(fā)現(xiàn)和使用前，人類所利用的主要能源是化學(xué)能、水能等。十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初，物理學(xué)又得到了進(jìn)一步的發(fā)展，人類開(kāi)始走入微觀領(lǐng)域，關(guān)注粒子，這在理論上為核能的產(chǎn)生和利用創(chuàng)造了條件。

1942年12月2日，費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)幾十位科學(xué)家在美國(guó)芝加哥大學(xué)成功啟動(dòng)了世界第一座核反應(yīng)堆，標(biāo)志著人類從此進(jìn)入了核能時(shí)代。如今核電站的發(fā)展迅猛程度超乎想象，核能源已逐漸成為人類生活中必須能源。

2.乏燃料管理

由于地球能源使用過(guò)度，人們不能不為了保證能源安全而轉(zhuǎn)向核電，而核電也進(jìn)入了一個(gè)積極發(fā)展期，但核燃料使用后的問(wèn)題也隨之而來(lái)。目前，對(duì)于乏燃料的管理，國(guó)際上主要有兩種戰(zhàn)略考慮：

2.1核燃料后處理工程

即應(yīng)用自然科學(xué)原理和社會(huì)科學(xué)原理設(shè)計(jì)、驗(yàn)證工藝流程，研制適用的設(shè)備以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化并使物料閉式循環(huán)的系統(tǒng)工程。核燃料后處理工程在核化學(xué)工程和核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)中有較重要的地位，核化學(xué)工程應(yīng)用的科學(xué)原理、工藝過(guò)程及其設(shè)備、工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)手段、放射性三廢的處理與處置、輻射防護(hù)與核臨界安全控制等理論和實(shí)踐等等都得到了集中體現(xiàn)。

2.2一次通過(guò)戰(zhàn)略

即核燃料使用后經(jīng)過(guò)處理和包裝后作為廢物送入地球深層放置或長(zhǎng)期儲(chǔ)存，部分國(guó)家支持了這項(xiàng)任務(wù)，但是最后因?yàn)榉N種原因遇到了阻礙，所以逐漸向后處理戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。該方法雖然在經(jīng)濟(jì)性方面的確較好且核擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)低，但核廢料的污染程度較高，對(duì)地質(zhì)的影響較大且持久。

3.國(guó)際核燃料后處理廠現(xiàn)狀

3.1日本

從1963 年日本開(kāi)始利用核能。根據(jù)電力工業(yè)委員會(huì)（政府咨詢組織） 所寫的報(bào)告，核電生產(chǎn)能力將在2010 年增加到70GW，每年產(chǎn)生的乏燃料約1000～1500tU。1977 年運(yùn)行的東海村后處理廠（TPR）截至2002 年底累積處理乏燃料約1009噸。

3.2美國(guó)

美國(guó)是最早建成軍用和商用后處理廠的國(guó)家。在1974 年印度進(jìn)行了所謂“和平核爆炸”之后，美國(guó)政府以防止核擴(kuò)散為由，于1977 年凍結(jié)商用后處理廠運(yùn)行，但其后處理技術(shù)研究始終未停。國(guó)際上已積累的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)表明，熱堆乏燃料后處理已是一種成熟的工業(yè)技術(shù)。

核燃料后處理問(wèn)題的發(fā)展方向

新世紀(jì)以來(lái)，主要核能國(guó)家如美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)家均投入大量資金來(lái)探究后處理技術(shù)，那么綜合目前的技術(shù)手段，21世紀(jì)的發(fā)展方向有以下幾個(gè)方面：

（1）新型設(shè)備及配套系統(tǒng)的研發(fā)

設(shè)備是整個(gè)核燃料后處理的運(yùn)行平臺(tái)，依靠著完善的尖端設(shè)備，能夠使核廢料更加有效率也更加安全的進(jìn)行后處理的任務(wù)。研發(fā)新型的后處理設(shè)備，提高安全性，實(shí)用性，經(jīng)濟(jì)型也一直是需要不斷突破的難關(guān)。其配套的系統(tǒng)，也是其更有效率的運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在。自動(dòng)化系統(tǒng)包括各類分析技術(shù)手段，要根據(jù)后處理設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的研發(fā)。

（2）繼續(xù)基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)

Purex流程技術(shù)發(fā)明至今已有半個(gè)多世紀(jì)了，雖然在工業(yè)上得到了很好的推廣使用，但中外科學(xué)家仍然在努力地研究中，研究范圍也包括新的技術(shù)，這些基礎(chǔ)研究是核燃料后處理提升的根基，只有把這些研究做好，才能更好的改進(jìn)技術(shù)和流程。

（3）Purex強(qiáng)化流程

為建設(shè)大型動(dòng)力堆燃料后處理廠，研究具有靈活、先進(jìn)、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全、完善的新技術(shù)體系。即以改進(jìn)的流程為基礎(chǔ)，開(kāi)展各項(xiàng)研究，其中包括優(yōu)化循環(huán)方案，開(kāi)發(fā)分離手段，提高整套工藝的實(shí)用性等研究。流程強(qiáng)化后希望盡可能的降低核廢料的活度及體積；鞏固加強(qiáng)防擴(kuò)散技術(shù)；回收較長(zhǎng)壽命的放射性核素等等。

（4）干法后處理研究

干法后處理方法雖然沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，但其顯著的優(yōu)點(diǎn)還是為科學(xué)界矚目。該方法無(wú)輻射問(wèn)題，且設(shè)備緊湊，核廢料總量較少，可處理性高等。對(duì)于燃耗較高的核燃料后處理都有較大應(yīng)用性，其諸多優(yōu)點(diǎn)將在未來(lái)的研究中得以擴(kuò)大和應(yīng)用。

4.結(jié)束語(yǔ)

伴隨著世界核技術(shù)高速發(fā)展，乏燃料后處理問(wèn)題已經(jīng)成為了核能發(fā)展的必經(jīng)之路。找到一條全面，協(xié)調(diào)，可持續(xù)發(fā)展的道路才是世界核動(dòng)力的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展途徑。核能的可持續(xù)發(fā)展，需要充足的核燃料。為了更有效地利用鈾釷資源，必須形成核燃料閉合循環(huán)。為實(shí)現(xiàn)核燃料閉合循環(huán)，應(yīng)該加強(qiáng)研究和開(kāi)發(fā)核燃料后處理技術(shù)，須世界科學(xué)進(jìn)一步的探索。

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