比坐飛機輻射小確保乏燃料運輸“ 霸氣 ” 不外漏

◎本刊主筆 季天也

比坐飛機輻射小確保乏燃料運輸“ 霸氣 ” 不外漏

◎本刊主筆 季天也

生活垃圾的運輸，素來是由常在街頭出沒的環衛垃圾車負責的，這一點大伙早已司空見慣。但有一種“垃圾”，雖然很少上路，但一上路就享受著外國領導人訪華的待遇：身披致密而堅硬的“鎧甲”、軍警部門全程押送、車隊浩浩蕩蕩……這個有著強大“氣場”的垃圾，就是來自核電廠的乏燃料。

乏燃料并非純廢料

核電廠發電所用的核燃料中，負責裂變供能的是核子數為235的鈾，稱為鈾-235。和煤炭、石油等常規燃料不同的是，核燃料中的鈾-235是無法一次性“燒”盡的，當它的純度下降到一定程度，核燃料就不足以再維持核反應的穩定，導致反應堆發電功率下降，這時的核燃料就成了乏燃料。所以，要在這個節點之前讓反應堆停止運行，把燒“乏”的核燃料從反應堆中卸出來，再換上一部分新的燃料才能接著發電。以主流的高壓輕水反應堆（簡稱壓水堆）為例，一臺功率為百萬千瓦級（當代核電機組的主流功率級別）的核電機組，每年產生的乏燃料為18～25噸。

負責世界各國核技術合作和安全監管的國際原子能機構（IAEA），根據放射性強度的差異，將包括核廢料在內的所有放射性廢物分成6個等級，由低到高區別管理，依次是免管廢物（EW）、極短壽命廢物（VSLW）、極低水平放射性廢物（VLLW）、低水平放射性廢物（LLW）、中等水平放射性廢物（ILW）和高水平放射性廢物（HLW）。以乏燃料為代表的高放射性廢物，射性強、半衰期長、化學毒性大，盡管體積份額只占核電廠放射性廢物總量的3%，但對放射性水平的貢獻度卻高達95%。

乏燃料雖是用過的核燃料，但絕非像煤灰煤渣一樣淪為廢物。根據世界核協會（WNA）的數據，乏燃料中仍有九成以上的鈾，另有1.27%的钚和5.15%的裂變產物。乏燃料的安全出路有兩條，一是“一次通過”策略，就是直接把乏燃料當作高放射性廢物來處置——經冷卻、固化和特殊封裝后，進行500～1000米的地質深埋，以屏蔽放射性和衰變熱。這種方法屬于開式循環，采用此方法的代表國家有美國、加拿大、西班牙、瑞典、芬蘭等。二是后處理策略，屬于閉式循環，即先用技術手段回收乏燃料中還沒燒完和仍有利用價值的鈾、钚等放射性核素，其余的再按放射性等級分門別類處理（詳見《環境與生活》2015年8月號《處理好的核廢物 輻射小于X光》一文）。為了提高鈾資源的利用率、節約空間、以及削弱核廢物的放射性危害和化學毒性，法國、中國、英國等國家都采用后處理策略。

乏燃料容器先要歷四“劫”

乏燃料的主要特性是極強的放射性和熱能釋放。為了公眾、環境和工作人員的安全，用來裝乏燃料的容器有著非常嚴格的設計和建設要求，不僅在正常情況下能耐受高溫并屏蔽放射性，還要扛得住運輸過程中可能發生的各種嚴重事故。

剛剛燒完的乏燃料余熱很猛，所以各個核電廠通常都建有乏燃料貯存水池，用來臨時儲存自身反應堆卸出的乏燃料，以便冷卻其產生的衰變熱。暫存5～8年后，乏燃料的熱量冷卻到一定程度，再通過專業運輸，送到乏燃料后處理廠或集中貯存地。

據國際原子能機構介紹，乏燃料容器從設計、生產到投用都需要經過各國核安全監管機構的一系列嚴格又枯燥的審批流程，而且在實際“上崗”前還要歷盡四劫：撞擊、穿刺、火燒和水淹。一番摧殘之后，容器不能讓乏燃料“霸氣外漏”，容器外放射性劑量不能超過安全限值，并且不會引發鏈式核反應。

乏燃料鐵路運輸的裝卸過程

乏燃料容器在正式使用前需要經歷撞擊、穿刺、火燒和水淹四項測試，確保它能安全存放乏燃料。

幾十厘米重甲防“霸氣外漏”

為了屏蔽放射性，乏燃料容器有著厚達12～38厘米厚的外殼，由鋼材、混凝土等材料組成。在這種材質和厚度下，公路運輸所用的乏燃料容器的滿載重量高達25噸，其中的乏燃料只有一兩噸重。鐵路運輸所用的容器可以攜帶20噸乏燃料，滿載重量150噸左右，比公路運輸容器的裝載率高了不少。容器的末端設有防撞緩沖裝置，用來吸收和化解事故帶來的沖擊力。核電機組數量最多的美國，在過去的35年間已經安全運輸了超過1300次乏燃料，只有4次遭遇了事故，但都沒有造成放射性物質泄漏。對于乏燃料運輸過程中的風險，美國核管會最新的評估顯示：乏燃料例行運輸帶來的放射性水平，不超過公眾每年受到的天然本底輻射的千分之一，也就是2.4微希/年次左右，比坐一小時飛機受到的宇宙射線輻射劑量（約3微希）還低；放射性物質在運輸事故中泄漏的概率低至十億分之一；如果不幸真的泄漏，其輻射劑量對最脆弱的人也不會造成直接傷害。

四部委聯動護送乏燃料

我國的核電廠都建在東部沿海，而乏燃料的集中貯存場所遠在西北內陸的甘肅地區，運輸里程長達三四千公里。為此，乏燃料的運輸也有一套嚴密的體系。按照《放射性物品運輸安全管理條例》《核反應堆乏燃料道路運輸管理暫行規定》《道路危險貨物運輸管理規定》等規章制度要求，運輸之前需要做環境影響評價、安全分析等報批，要對路線、時間、重量、應急措施等提出非常明確的計劃。

乏燃料的道路運輸被定性為“國家管制的核活動”，需要多個國家部委聯動，根據各自職能接手監管任務。

國防科工委負責協調乏燃料運輸管理活動，審查核發乏燃料轉移批準文件和裝運批準文件，審查乏燃料運輸事故應急預案，監督有關保密措施。

公安部負責乏燃料道路運輸的公共安全管理，審查核發乏燃料道路運輸通行證件，對乏燃料道路運輸的實物保護實施監督，指揮、協調地方公安機關查處危及乏燃料安全運輸的案（事）件。

交通部負責乏燃料道路運輸承運人（單位）、駕駛員及其他運輸作業人員資格認可的管理，協調乏燃料公路超限運輸車輛行駛道路的管理工作。

衛計委負責乏燃料運輸工作人員的健康監護和輻射防護監督，組織提供乏燃料運輸事故應急醫學支援。

用來運輸乏燃料的貨車都是經過實地運輸考驗的專用車，運輸前不能想換就換。

武裝押運 逢跨省測輻射

按照規定，乏燃料運輸單位在運輸前兩個月應該向國家核安全局提交《安全分析報告》和《環境評價報告》。在《安全分析報告》中，一般會提交兩條運輸線路，其中一條為正式線路，另一條是備選線路。一旦運輸前的審批流程走完，乏燃料就必須按照指定的時間、路線、車型和行駛速度上路運輸，同時要懸掛警示標志，配備武裝押運人員，全程監控。乏燃料的承運方都是有專業資質的運輸公司，一般會使用經過其他國家實地運輸考驗過的車輛，要求防火、防撞擊、防翻滾。路線方面則要求坡度小、隧道少、周圍地質穩定、不會出現泥石流/塌方，以及遠離大城市和人口密集區的道路。如果要換車或換路線，需要進行很多次的試驗，并上報國家核安全局。當各種參數符合都要求后才能獲批，這可是個大工程，不是運輸在即臨時說換就能換的。

我國乏燃料公路運輸體系從2000年開始建設，2003年首次實現大亞灣核電廠乏燃料運輸。從2003年8月15日，環保部國家核安全局發布的《關于頒發大亞灣核電站乏燃料公路運輸裝運批準書的通知》可以看出，乏燃料的各項參數、運輸環境溫度、容器表面的輻射劑量、詳細路線等都有嚴格規定。乏燃料貨包每次啟運前由廣東省環保廳組織進行一次輻射監測，到終點后卸貨前由甘肅省環保廳組織進行一次輻射監測；沿途各省環保局在進入本省轄區第一個停靠點，再組織進行一次輻射監測，并見證運輸公司在該點的監測結果。當車輛經過高度超過9米的橋梁和邊坡等架空路線，需進一步嚴格限速，并進行交通管制。

海路運輸來的乏燃料在法國某港口卸貨

計算機模擬的乏燃料運輸容器被火燒時的內部熱量分布示意圖

未來需要公鐵海聯運

至今，我國已初步建立了乏燃料公路運輸體系，其中包括公路運輸的輻射防護體系、應急指揮與響應體系、運輸及裝卸作業工具和專業隊伍。但與歐洲乏燃料綜合物流相比，我國對乏燃料的海路運輸和鐵路運輸還十分薄弱。

我國自2015年重啟核電以來，隨著越來越多的核電機組投入發電，乏燃料的運輸需求會快速增加。中國《能源》雜志2014年報道稱，乏燃料從大亞灣核電廠運至甘肅的接收地，從裝料、運輸到卸料需要約3個月/次。加上冰雪、冰凍、臺風等天氣影響，每年平均僅能執行兩次運輸任務。根據國防科工局組織編寫的《核電站乏燃料處理處置基金2011～2020年使用規劃（專家咨詢稿）》，2016年前后，全國乏燃料年運輸量將增加到600組左右，在“十三五”期間，全國核電站所需外運的乏燃料總數將超過3000組，而我國目前乏燃料的公路運輸能力只有104組/年。可見，發展公、鐵、海多式聯運的乏燃料綜合物流，是大勢所趨。

乏燃料后處理節“鈾”減排

要緩解乏燃料壓力，除了加強運力，后處理這棵科技樹也得多加培育。

根據世界核協會（WNA）2013年的統計，中國可開采鈾資源儲量近20萬噸，只有全球的4%，并非富鈾國家。核燃料中，負責裂變供能的是鈾-235，還有少量鈾-238吸收中子后轉化而來的钚-239。鈾-235是地球上唯一天然存在的易裂變核素，但它在天然鈾資源中的含量僅有0.711%，其余99%以上幾乎都是不易裂變的鈾-238，被稱為可轉換材料。

輕水反應堆（包括壓水堆和沸水堆）燃料中鈾-235含量為3%～5%才能發電，叫做低濃縮鈾。每生產1噸鈾-235含量為3%的低濃縮鈾，需要5.5噸天然鈾原料，其余4.5噸原料則淪為貧化鈾——鈾-235比例下降到0.2%左右，沒有工業價值。按“一次通過”法處理，輕水堆的鈾資源綜合利用率只有約0.6%，如果通過后處理把乏燃料中的鈾-235“榨”出來回用，一次循環就可以省“鈾”（指天然鈾）15%～20%；如果隨核反應生成的钚239也一并回用，更可省“鈾”35%～40%，相當于把鈾資源的綜合利用率提高到0.8%～1%，效率比開式核循環提升了1/3～2/3。法國作為乏燃料后處理的國際先驅，擁有一座該后處理能力達1700噸/年的“旗艦級”核燃料循環廠——阿格廠，滿負荷運行可承擔90～100臺百萬千瓦級核電機組的后處理需求，單是從乏燃料中回用的核燃料，就為法國貢獻了超過10%的電力。更重要的是，經過后處理工序，乏燃料中真正淪為高放射性廢物的只剩不到4%，既減少了資源占用，又提升了核廢料的安全性。

本欄目責編/季天也jtyair2013@vip.163.com

乏燃料貯存水池是每座商用核電廠的標配