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雷奕安:中国建“核废料厂”有必要吗?

北极星电力网新闻中心  来源:搜狐科技  作者:雷奕安  2016/8/15 14:22:54  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 核燃料 核循环 核安全

北极星核电网讯:上周,一个“核废料处理厂”将选址连云港的消息引发普遍关注。据了解,该厂名为“中法合作核循环项目”,由中核集团旗下全资子公司负责建设,总投资将超千亿元人民币。由于强大的民间压力,目前连云港市政府已宣布暂停该项目选址前期工作。

法国阿格核循环厂内部

目前,中国核能发展规模空前,核废料处理问题是其中一个难以回避的尖锐话题。那么,面对质疑和恐慌,核废料处理安全吗?到底有没有必要建设这种项目呢?本文将对相关概念做出解释,并简单介绍国际上核废料的处理情况。

01

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存放压力。

一般来说,人们还会同时建一个铀钚混合燃料(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。

02

什么是乏燃料?

有什么特点?

对于现在中国的主流核电厂,没用过的核燃料是低浓缩铀(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,并把用过的燃料组件从堆芯中取出。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强,但是乏燃料中大量元素是强放射性的。随着冷却(放置)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之高。

乏燃料如果直接深埋处置,也可叫核废料。

03

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。历史上曾经有很多国家把核废料直接扔到海里。现在可以接受的做法是,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。

04

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是1957年4月21日发生在前苏联Kyshtym军用后处理厂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(切尔诺贝利核和福岛是更严重的7级)。

法国的后处理厂安全记录较好。只在1986年发生过一次小事故,导致5名工人入院治疗。

而美国汉福特(Hanfordsite)钚工厂,即军用后处理厂,则在1944年到1971年间持续泄露出大量放射性。

2004到2005年间,英国的后处理厂(THORP)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。因为在核电厂里,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。

05

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漏都是军用厂,年代较远,监管较差。民用厂的事故影响范围都很小。

06

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。对低放射性的废料要求低一些,但也必须隔离填埋。后处理厂不允许有放射性物质外泄。

07

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。放射性毒性总量可以降低到直接深埋的十分之一,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以进行嬗变,从而进一步减少放射性毒性量,缩短无害化时间。

第三是为未来的快中子堆生产燃料。

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。

08

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,很多国家曾经直接将高放核废料倾入大海或者注入地下(前苏联),但这种行为很快被国际法禁止。

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。

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。

09

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,并为以后的快堆生产燃料。核能发展会按照热中子堆、快中子堆、聚变堆的方向发展。我国民用核能利用始于上世纪80年代,很自然地采取了这一大家认可的路线。

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,最先实际执行这一战略。

随着时间的推移,经验的积累和研究的深入,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)钚工厂的问题上也吃亏不小,后来更重视在堆燃料循环和增殖上的研究,从来没有把燃料循环当成重要战略。

个人认为,我国在80年代制定的三步走核能发展战略,恐怕应该根据这几十年技术发展的状况适当调整。

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,也就相当于一个上世纪80年代的乡镇企业。不考虑放射性的话,2000万元投资就够了,但是我国后处理厂规划造价已经到了2000亿元。由于发生事故的可能,代价的一部分也表现在需求比较大的隔离区。

其次,厂区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。放射性存量较大幅度地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,而且国际合作项目相当敏感,能否按照计划进行,实际上是要打一个问号的。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,即使在最新的计划期限内完工,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。按一般说法,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%。但提高这一点利用率的代价实在太高了。打个比方,这就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。用完之后会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。这点不假,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,但是无论是1000年还是10万年,现在都无法保证。

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后,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。这一点没有那么非做不可,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。放置到衰变余热较低之后,再深埋处置。

12

核废料衰减到无害需要多少时间?

中低放射性核废料,数百年。

高放射性核废料(后处理后的废料),1000年。

乏燃料,数十万年。

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