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(yīng)后，卸出乏燃料。

就像火電廠要不斷加煤，當(dāng)核燃料維持不了一定功率時就需要被更換，這類從反應(yīng)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(yùn)藏有大量寶貝。將其中高達(dá)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(jī)構(gòu)（IAEA）估計(jì)，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(jī)組的增加，中國對鈾資源的需求也越來越大。中核集團(tuán)地礦事業(yè)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，到2020年，中國預(yù)計(jì)將出現(xiàn)高達(dá)2600噸的天然鈾供應(yīng)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(yīng)求狀態(tài)。

無論從提高鈾資源利用率、保障核能長遠(yuǎn)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(guān)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(shè)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(shù)，不論是固體核廢料還是液體核廢料，都先進(jìn)行固化處理，然后裝進(jìn)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(jì)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(yùn)至后處理廠進(jìn)行后處理。在后處理環(huán)節(jié)，乏燃料被切成小塊，扔進(jìn)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(jìn)行固化，再裝進(jìn)特制的廢物罐中，運(yùn)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(jìn)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(dá)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(dá)到60%到70%。

中國原子能科學(xué)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(dāng)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(dāng)于美國尤卡山庫（設(shè)計(jì)庫容7萬噸）的地質(zhì)處置庫。只要全世界核電裝機(jī)容量增加1倍，則就需每3-4年左右建設(shè)一座地質(zhì)處置庫，這顯然是難以承受的負(fù)擔(dān)。

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(jì)算，若對其進(jìn)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(shè)，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(shè)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(jī)組共26臺，投入商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組共25臺，在運(yùn)總裝機(jī)容量23.57GW（額定裝機(jī)容量，1GW=1000MW，1MW=1000KW，1KW=1000W），且擁有2020年核電裝機(jī)容量達(dá)到58GW、在建容量達(dá)到30GW以上的核電發(fā)展藍(lán)圖。

隨著核電機(jī)組的陸續(xù)建成和投運(yùn)，乏燃料的產(chǎn)生量和累積量將呈逐年上升趨勢。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，到2015年中國乏燃料產(chǎn)生量累計(jì)可達(dá)3500噸，到2020年將達(dá)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(yàn)工廠就建在位于甘肅的中核404廠，中試工程年處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shù)最先進(jìn)的商業(yè)乏燃料后處理及再循環(huán)工業(yè)，年處理能力達(dá)1600噸，不僅滿足國內(nèi)需求，同時能夠?yàn)槿毡?、西班牙、瑞典等他國提供服?wù)。

美國雖出于防核擴(kuò)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(shù)的研發(fā)。

印度在上世紀(jì)50年代就開始后處理技術(shù)的研究，是繼英、法、俄羅斯之后第四個運(yùn)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(shù)均處于較先進(jìn)水平。

中國的商用后處理大廠建設(shè)之所以緊迫，不僅是出于巨大的現(xiàn)實(shí)需求，從長遠(yuǎn)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《茫瑳]有后處理大廠，快堆將成為一座“孤島”，快堆運(yùn)行將面臨“無米之炊”的尷尬。后處理大廠的設(shè)計(jì)與建設(shè)是一項(xiàng)難度很大的復(fù)雜系統(tǒng)工程，時間跨度達(dá)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(xué)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(jìn)國外先進(jìn)后處理廠技術(shù)正在同步推進(jìn)。

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(biāo)志著中國已掌握了動力堆乏燃料后處理技術(shù)。

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(yàn)、驗(yàn)證設(shè)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(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、建造經(jīng)驗(yàn)。

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(jìn)國外后處理技術(shù)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(jī)構(gòu)副主任王毅韌曾對中國的乏燃料后處理能力建設(shè)路徑給出清晰界定：一是繼續(xù)對中試廠進(jìn)行完善配套，將中試廠建成為綜合科研實(shí)驗(yàn)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(chǔ)上，開展科研攻關(guān)，優(yōu)化主工藝，放大關(guān)鍵設(shè)備，具備自主設(shè)計(jì)、自主建造、自主營運(yùn)乏燃料后處理示范工廠的能力，依靠自主技術(shù)建設(shè)工業(yè)規(guī)模后處理工程。三是積極開展國際合作，堅(jiān)持以我為主，中外合作開展商業(yè)規(guī)模后處理大廠建設(shè)。

關(guān)鍵詞即為：自主開發(fā)、中外合作，兩條腿走路。

在中核集團(tuán)2012年底發(fā)布的“龍騰2020”科技創(chuàng)新計(jì)劃中，具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(tuán)與世界核燃料循環(huán)后端的龍頭企業(yè)、法國阿海琺集團(tuán)簽署了大型商業(yè)后處理-再循環(huán)工廠項(xiàng)目合作意向書，該后處理大廠項(xiàng)目將采用國際先進(jìn)后處理再循環(huán)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)。2030年投運(yùn)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(tuán)總經(jīng)理錢智民與阿?，m集團(tuán)首席執(zhí)行官顧菲（Philippe Knoche）在巴黎簽署了《中國核工業(yè)集團(tuán)公司與阿海琺集團(tuán)關(guān)于后處理/再循環(huán)工廠項(xiàng)目合同商務(wù)談判工作路線圖的諒解備忘錄》。