在火電廠，燒掉一堆煤，留下煤渣。而在核電廠，核燃料經(jīng)過緩慢裂變反應后，卸出乏燃料。

就像火電廠要不斷加煤，當核燃料維持不了一定功率時就需要被更換，這類從反應堆內(nèi)卸出的核燃料就叫做乏燃料。但“乏”并不等于一無是處，不同于燃煤之后留下的煤渣，乏燃料里仍蘊藏有大量寶貝。將其中高達96%左右未經(jīng)燃燒的鈾和新產(chǎn)生的核燃料提取出來，就能重新制成核電站發(fā)電所需的燃料元件。

對于即將迎來核電快速增長的中國而言，這種鈾資源循環(huán)利用的方式，將在很大程度上解“核燃料”之渴。據(jù)國際原子能機構（IAEA）估計，中國有120萬-170萬噸潛在鈾資源，目前探明鈾資源儲量約17萬噸。隨著核電機組的增加，中國對鈾資源的需求也越來越大。中核集團地礦事業(yè)部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，到2020年，中國預計將出現(xiàn)高達2600噸的天然鈾供應缺口，到2030年，這一數(shù)值將攀升至10900噸。對全球而言，天然鈾同樣處于供不應求狀態(tài)。

無論從提高鈾資源利用率、保障核能長遠發(fā)展角度，還是從減少核廢料角度而言，乏燃料后處理都是核燃料循環(huán)中極其關鍵的環(huán)節(jié)。但在巨大的核能發(fā)展需求面前，中國的后處理能力正亟待升級。

乏燃料中榨“鈾”

根據(jù)放射性的不同，核廢物分為高放廢物和中低放廢物。其中，乏燃料具有極高放射性，核電站使用過的工作服、手套、廢棄退役的儀器設備等則屬于中低放廢物。

對中低放廢物，中國已經(jīng)有了較為成熟的處置技術，不論是固體核廢料還是液體核廢料，都先進行固化處理，然后裝進200升的不銹鋼桶，放在近地表的處置庫。目前，中國已建成了兩個中低放廢物處置場：位于甘肅玉門的西北處置場及位于廣東北龍的華南處置場。

高放廢物的處置則是一個世界性難題。

一座百萬千瓦的火電廠，每年要燒掉約330萬噸煤，但同樣容量的核電站，一年只用30噸核燃料，且在成為乏燃料后，重量變化并不大。以百萬千瓦壓水堆核電站為例，每年產(chǎn)生核乏燃料為25-30噸。

乏燃料中的眾多放射性元素都擁有數(shù)以萬年計的半衰期，長的約為210萬年，短的也有近500年。在送至處置庫之前，乏燃料將暫時存放在核電站特殊的硼水池中。

目前國際上通行的乏燃料方式有兩種：一種是以美國為代表的“一次通過”開放核燃料循環(huán)方式，乏燃料經(jīng)過冷卻、包裝后作為廢物送到深地質(zhì)層處置或長期貯存；而在英法中等國采取的閉式循環(huán)中，乏燃料在核電站乏燃料水池中貯存5-8年后，運至后處理廠進行后處理。在后處理環(huán)節(jié)，乏燃料被切成小塊，扔進酸里溶解，提取出有用的鈾和钚重新作為燃料循環(huán)使用，剩下的廢液交由玻璃固化廠進行固化，再裝進特制的廢物罐中，運送到永久性處置場封存。

通常來講，壓水堆核電站鈾資源的利用率僅為0.6%左右，如果對乏燃料進行后處理，用“榨”出來的鈾在壓水中再循環(huán)一次，可節(jié)省天然鈾25%；若如此多次循環(huán)，則鈾資源的利用率可以達到1%；

若將后處理得到的钚與鈾富集后剩下的貧鈾制成快堆燃料，則鈾資源的利用率可以達到60%到70%。

中國原子能科學研究院科技委原副主任顧忠茂曾在2011年撰文指出，即使按照全世界當時的核電站乏燃料卸出量（約1萬噸/年）估算，“一次通過”循環(huán)方式需要全世界每6-7年就建造一座規(guī)模相當于美國尤卡山庫（設計庫容7萬噸）的地質(zhì)處置庫。只要全世界核電裝機容量增加1倍，則就需每3-4年左右建設一座地質(zhì)處置庫，這顯然是難以承受的負擔。

而且，乏燃料中包含了所有放射性核素發(fā)熱源，單位體積廢物所需的處置空間大。

相比之下，以百萬千瓦壓水堆核電站每年產(chǎn)生30噸乏燃料計算，若對其進行后處理，則其高放廢物可以濃縮在玻璃體中，放射性水平也將大大降低，比較“頑固”的長壽命放射性核素減少。

最薄弱的環(huán)節(jié)

對于后處理的建設，一位日本專家曾打過這樣的比喻：現(xiàn)在很多國家都在建核電站，就好像吃東西一樣，大家現(xiàn)在都吃最好的一段，但是對乏燃料后處理考慮不夠，這樣發(fā)展下去的話核電將不能可持續(xù)發(fā)展。

對于全球核電在建規(guī)模穩(wěn)居世界第一的中國而言，這種核電站建設與后處理發(fā)展之間的脫鉤情形尤為凸顯。截至目前，中國在建核電機組共26臺，投入商業(yè)運行的核電機組共25臺，在運總裝機容量23.57GW（額定裝機容量，1GW=1000MW，1MW=1000KW，1KW=1000W），且擁有2020年核電裝機容量達到58GW、在建容量達到30GW以上的核電發(fā)展藍圖。

隨著核電機組的陸續(xù)建成和投運，乏燃料的產(chǎn)生量和累積量將呈逐年上升趨勢。相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，到2015年中國乏燃料產(chǎn)生量累計可達3500噸，到2020年將達到10000噸左右。

目前，中國尚未建成商用大型乏燃料后處理廠，國內(nèi)首座、同時也是唯一一座動力堆乏燃料后處理中間試驗工廠就建在位于甘肅的中核404廠，中試工程年處理能力遠遠不能滿足中國乏核燃料后處理的需求。乏燃料后處理/再循環(huán)成為中國核燃料循環(huán)中最薄弱的環(huán)節(jié)。

法國是核燃料循環(huán)后端產(chǎn)業(yè)的先行者，擁有世界上規(guī)模最大、工藝最成熟、技術最先進的商業(yè)乏燃料后處理及再循環(huán)工業(yè)，年處理能力達1600噸，不僅滿足國內(nèi)需求，同時能夠為日本、西班牙、瑞典等他國提供服務。

美國雖出于防核擴散原因停止了商業(yè)后處理活動，但從未停止過后處理技術的研發(fā)。

印度在上世紀50年代就開始后處理技術的研究，是繼英、法、俄羅斯之后第四個運行商業(yè)后處理廠的國家，其釷燃料閉式循環(huán)路線與快堆乏燃料后處理技術均處于較先進水平。

中國的商用后處理大廠建設之所以緊迫，不僅是出于巨大的現(xiàn)實需求，從長遠看，還源自中國核電發(fā)展“壓水堆-快堆-聚變堆”三步走發(fā)展戰(zhàn)略?？於阉褂玫娜剂鲜紫缺仨氁獜膲核逊θ剂现刑崛《?，沒有后處理大廠，快堆將成為一座“孤島”，快堆運行將面臨“無米之炊”的尷尬。后處理大廠的設計與建設是一項難度很大的復雜系統(tǒng)工程，時間跨度達15年甚至更久。

“在快堆核能系統(tǒng)中，快堆好比心臟，核燃料循環(huán)好比動脈?！敝袊幽芸茖W研究院科技委原副主任顧忠茂曾表示，“如果后處理的能力上不去，那么快堆的規(guī)模也就上不去?！?/p>

兩條腿走路

迫切形勢下，中國的自主開發(fā)與引進國外先進后處理廠技術正在同步推進。

前述中核404后處理中試廠，于2010年12月21日取得熱調(diào)試成功，標志著中國已掌握了動力堆乏燃料后處理技術。

因此，這座中試廠的意義就在于：打通核電站后處理的工藝流程；檢驗、驗證設備、儀器、儀表的可靠性和安全性；為將來商業(yè)規(guī)模更大的后處理廠積累設計經(jīng)驗、運行經(jīng)驗、建造經(jīng)驗。

從某種意義上而言，中核404中試廠的熱調(diào)試成功也提高了中國在引進國外后處理技術時的議價能力，增加了談判籌碼。

在去年5月的一場答記者問中，國防科技工業(yè)局副局長、國家原子能機構副主任王毅韌曾對中國的乏燃料后處理能力建設路徑給出清晰界定：一是繼續(xù)對中試廠進行完善配套，將中試廠建成為綜合科研實驗平臺，形成連續(xù)處理能力，初步打通核燃料閉合循環(huán)之路。二是在后處理中試廠的基礎上，開展科研攻關，優(yōu)化主工藝，放大關鍵設備，具備自主設計、自主建造、自主營運乏燃料后處理示范工廠的能力，依靠自主技術建設工業(yè)規(guī)模后處理工程。三是積極開展國際合作，堅持以我為主，中外合作開展商業(yè)規(guī)模后處理大廠建設。

關鍵詞即為：自主開發(fā)、中外合作，兩條腿走路。

在中核集團2012年底發(fā)布的“龍騰2020”科技創(chuàng)新計劃中，具有自主知識產(chǎn)權的200噸大型商用乏燃料后處理示范工程被納入首批8個科技創(chuàng)新示范工程之中。

2013年，中核集團與世界核燃料循環(huán)后端的龍頭企業(yè)、法國阿海琺集團簽署了大型商業(yè)后處理-再循環(huán)工廠項目合作意向書，該后處理大廠項目將采用國際先進后處理再循環(huán)技術進行建設。2030年投運后，具備年800噸乏燃料后處理能力。

今年6月底，在中法兩國總理共同見證下，中核集團總經(jīng)理錢智民與阿?，m集團首席執(zhí)行官顧菲（Philippe Knoche）在巴黎簽署了《中國核工業(yè)集團公司與阿海琺集團關于后處理/再循環(huán)工廠項目合同商務談判工作路線圖的諒解備忘錄》。