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美国:MOX燃料的起起落落
美国在20世纪70年代初建成了处理能力为1500吨/年的商用后处理厂和5个小规模、总产能为50~70吨/年的MOX燃料制造厂,但基于卡特政府当时提出的核不扩散政策,美国于1977年决定采用“一次通过”(乏燃料经简单处理后直接进入地质处置)循环方式,该后处理厂后来被无限期关闭并最终被拆除,MOX燃料生产也被迫停止。
根据《美国钚平衡1944~2009》报告,美国目前拥有钚总量为95.4吨,现有7万吨民用乏燃料存在核电厂址中,为未来深层地质处置高放废物带来很大压力。以目前在役核电站计算还将产生约12万吨乏燃料。
2005年美国能源部发布了先进燃料循环倡议(AFCI)发展规划,目前至2050年,美国的核燃料再循环属于“过渡”阶段,其主要任务是针对美国核电站运行几十年已经积累的大量乏燃料的情况,开发新型后处理和焚烧快堆技术,消耗从轻水堆乏燃料中分离出的钚和次锕系元素。在2050年之后,美国核燃料再循环将进入“可持续”阶段,将利用后处理分离产生的堆后铀或贫化铀进行燃料增殖,以确保核能可持续发展。
2006年2月,美国小布什政府提出了“全球核能伙伴(GNEP)”倡议,否定了卡特政府的“一次通过”核燃料循环政策,恢复包括后处理厂和MOX燃料制造厂在内的核燃料闭式循环方案,计划于2020年左右建成具有防止核扩散功能的2500吨/年后处理厂,2016年左右建成处理武器钚的MOX燃料厂(MFFF)。2006年,美国制定了未来20年的嬗变燃料研究计划(TFC)目标:完成可应用于快中子焚烧堆(FBR)、包括全部锕系元素的嬗变燃料和靶件的初始技术规范,形成闭式燃料循环,以在未来核能发展中保持竞争优势。按规范制造嬗变燃料和靶件,通过堆内辐照试验,开展先进模型和模拟研究,在可预测和可接受的正常运行和瞬态条件下进行示范验证。
此外,美国与俄罗斯达成一份钚管理与处置协议,在建成和运行必要的设施之后,2018年之前将处理各自34吨武器钚。2005年3月31日,美国核管会(NRC)批准在商用反应堆首次采用MOX燃料运行成功后,在萨瓦纳河场区投资建造一座年产70吨MOX燃料的MFFF厂,用以处置其34吨武器拆卸钚,计划每年消耗钚约3.5吨。该厂于2010年开工建设,实际投资48亿美元,计划2016年建成,2018年开始投产。
2005年5月,美国用140公斤武器钚在法国帮助下制成4个轻水堆MOX燃料组件,之后在美国卡托巴核电厂进行辐照。2008年5月辐照两个18个月换料周期后检验发现,MOX燃料组件的导向管变长值超过了法国Areva的验收标准,但低于美国NRC的标准,目前已经卸出反应堆。研发过程并不是一帆风顺,最终确定MOX燃料的核电站用户仍然进展不大。
2012年5月,NRC自1979年三里岛事故30多年后首次批准了建造两个AP1000核电机组,计划分别于2016、2017年投入运行。AP1000核电站50%堆芯可装载MOX燃料组件。
考虑到未来对核能的需求、目前高放废物的管理和处置压力以及核能系统的安全性等因素,美国目前正在积极推进快堆和先进核燃料循环技术的研发。
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