乏燃料處理

1、核燃料的生產(chǎn)雖然是以從自然界獲取的鈾作為原料，但大量人工放射性的產(chǎn)生卻是必然的。從核裂變中獲取能量的必然代價就是，當(dāng)富含中子的重核裂變之后，釋放出中子和作為重核裂變碎片的新原子核，后者主要是相對于天然穩(wěn)定同位素而言富含中子的放射性同位素，會通過衰變變成某些穩(wěn)定核素；同時大量中子在反應(yīng)堆中與核燃料和結(jié)構(gòu)材料等堆內(nèi)物質(zhì)作用，產(chǎn)生感生放射性，其中不乏壽命較長并且放射性很強的新核素。這些新的放射性物質(zhì)有著數(shù)秒到數(shù)十萬年不等的半衰期，導(dǎo)致乏燃料當(dāng)

2、中含有巨大放射性總量，一座核電站內(nèi)大約60噸核燃料的人工放射性大致需要一條長江的年徑流量（萬億立方米的水）才能稀釋到天然鈾礦的水平。乏燃料乏燃料如果不后處理，可以3～10年的冷卻后，中期（30~50年內(nèi)）可以在干式或濕式設(shè)施中較經(jīng)濟的儲存，由于核燃料的總量相對較少（全美核電運行至今的乏燃料總量約五萬噸，理論上一個標(biāo)準(zhǔn)橄欖球場可以擺下），在可預(yù)見的未來內(nèi)繼續(xù)中間存儲或者后處理都是經(jīng)濟的。如果不后處理，乏燃料需要地質(zhì)處置很長時間，后處理可以

3、大大縮小需要地質(zhì)處置的放射性廢物體積，回收可作為燃料利用的鈾和钚，雖然在目前這種回收并不經(jīng)濟。回收的鈾雖然有0.9%左右的富集度，但由于含有中子毒物U236，因此濃縮相對于天然鈾需要額外的分離功；這樣核燃料后處理的成本主要由另一種產(chǎn)品钚來承擔(dān)，所以由钚制成的MOX燃料價格昂貴，比新的低濃縮鈾燃料還要貴；而不生產(chǎn)MOX燃料，儲存钚價格也很貴。所以只有核燃料需求緊張，并且地質(zhì)處置費用較高的歐洲國家和日本堅持核電乏燃料商用后處理。后處理后的廢

4、物乏燃料后處理之后還會得到放射性廢液和固體廢物，絕大部分钚和鈾作為燃料被回收，部分后處理廠也回收镎，其中需要進行地質(zhì)處置的主要是高放廢物，放射性來自于裂變產(chǎn)物、錒系元素。一座100萬千瓦的壓水堆（PWR）電站，每年卸出乏燃料約25t；其中含有可循環(huán)利用的鈾約23.75t钚約200kg中短壽命的裂變產(chǎn)物(FPs)約1000kg；還有次錒系核素約20kg，長壽命裂變產(chǎn)物約30kg。核設(shè)施運行退役、后處理過程除液體外，還產(chǎn)生固體放射性廢物（活

5、化金屬、廢樹脂等等），中低固體放射性廢物通常掩埋處置，產(chǎn)生高放射性廢物（除高放廢液固化物外，主要是燃料包殼）也需要地質(zhì)處置。對于環(huán)境而言，部分放射性較強的物質(zhì)由于半衰期短在幾年內(nèi)會衰變完，而大部分裂變產(chǎn)物核素會在千年內(nèi)衰變完，需要考慮是可靠排除其發(fā)熱并長時間儲存不至于泄漏的形式，目前核燃料循環(huán)工業(yè)所采用玻璃固化方法基本上可以解決這部分廢物，通過可靠的長期地質(zhì)儲存而保證較長時間內(nèi)不進入環(huán)境——目前認(rèn)為可以保證在良好的地質(zhì)處置場中1萬年內(nèi)（

6、工程設(shè)施1000年左右，地質(zhì)屏蔽10000年左右），玻璃或陶瓷固化體中的放射性物質(zhì)不會大量進入環(huán)境，尤其是地下水。但萬年尺度上，高放廢物的儲存很難確保不進入環(huán)境，這部分風(fēng)險主要集中在長壽命裂變廢物L(fēng)LFP、次要錒系元素MA（除鈾、钚以外的錒系元素）。需要說明的是如果高放廢液不進行固化，就比較麻煩，一來后處理廢液中大部分是硝酸鹽，強放射性會產(chǎn)生氫氣有爆炸可能，二來后處理廢液多是酸性，腐蝕性嚴(yán)重，三來發(fā)熱量大，液體散熱不良會沸騰，并且由于可

7、裂變物質(zhì)的濃縮可能會臨界。所以大部分后處理場會將高放射性廢液和固體廢物固結(jié)在玻璃體中（通常是硼硅酸鹽或磷酸鹽玻璃），目前也有在研究陶瓷固化的。中放廢液可以濃縮，或通過水泥，瀝青進行固化，但應(yīng)當(dāng)減少其中的钚等錒系廢物殘留。低放射性廢物則通常直接稀釋后排放。核燃料后處理過程設(shè)計上盡量減少放射性廢物的產(chǎn)生，所以某些工廠低放廢液會循環(huán)利用。后處理過程中還會釋放大量的放射性氣體，主要是惰性氣體氪、氙的同位素，還有氚和碳14。放射性碘也會以氣態(tài)形式

8、釋放，后處理廠通常通過延長儲存期減少半衰期短的放射性碘釋放，即使如此剩余的絕大部分碘需要以被化學(xué)方法回收，但在核電站或后處理廠事故中極為棘手，尤其是半衰期更短的碘131，通常以滯留為主要手段阻止嚴(yán)重事故下的大規(guī)模釋放。氚排放總量巨大（由鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的三分裂，鋰硼等反應(yīng)堆化學(xué)、反應(yīng)性控制物質(zhì)的核反應(yīng)產(chǎn)生），但易于稀釋；碳14放射性較弱，惰性氣體難以形成內(nèi)照射，一般也是稀釋后排放，當(dāng)然目前部分后處理設(shè)施也會回收半衰期較短的放射性氪，以80年代

9、以后用于核電的鈾生產(chǎn)也很大），伴隨的尾礦和冶煉渣中的總放射性活度均達數(shù)十萬居里，不過目前鈾礦生產(chǎn)重心已轉(zhuǎn)向原地浸出法（開發(fā)可地浸砂巖鈾礦），此種方法污染較輕，鈾的放射性子體被滯留在地下，主要是需要防止生產(chǎn)過程中地下水被酸和鈾礦溶液（很稀）污染，良好的地下水監(jiān)測體系可以起到很好的控制作用。子體氡的污染在鈾礦尤其是地下鈾礦山生產(chǎn)中危害非常大。氡也是日常生活中重要的背景輻射來源，嚴(yán)重污染時致癌。作者：王某叉鏈接：question2683114

10、6answer34561964來源：知乎著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。2010年12月?lián)Y委網(wǎng)站消息，近日，我國第一座動力堆乏燃料后處理中間試驗工我國第一座動力堆乏燃料后處理中間試驗工廠——中核四中核四〇四中試工程熱調(diào)試取得成功。四中試工程熱調(diào)試取得成功。熱調(diào)試的成功，實現(xiàn)了核燃料閉式循環(huán)的目標(biāo)，有力地推動了核燃料產(chǎn)業(yè)及核電的快速發(fā)展，為我國先進后處理工程技術(shù)的開發(fā)提供了重要的研究實驗平臺，標(biāo)志著

11、我們已掌握了動力堆乏燃料后處理技術(shù)。中試工程走過了二十載建設(shè)、發(fā)展過程。2004年至2008年順利完成了水試、酸試、冷鈾聯(lián)動調(diào)試，于2010年3月打響了熱調(diào)試的攻堅戰(zhàn)。在完成了放射性熱調(diào)試，順利生產(chǎn)出合格產(chǎn)品后，熱調(diào)試取得成功，這標(biāo)志著我國動力堆乏燃料后處理的整個工藝流程全線打通。為了應(yīng)對國內(nèi)外化石燃料的短缺和保證能源安全持續(xù)發(fā)展，核電因其清潔性和高能量密度而受到各國青睞，我國核電也步入了一個積極發(fā)展期。所謂“乏燃料”就是從反應(yīng)堆里燒過