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(jià)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(duì)于天然穩(wěn)定同位素而言富含中子的放射性同位素，會(huì)通過(guò)衰變變成某些穩(wěn)定核素；同時(shí)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(zhǎng)并且放射性很強(qiáng)的新核素。這些新的放射性物質(zhì)有著數(shù)秒到數(shù)十萬(wàn)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(zhǎng)江的年徑流量（萬(wàn)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(jì)的儲(chǔ)存，由于核燃料的總量相對(duì)較少（全美核電運(yùn)行至今的乏燃料總量約五萬(wàn)噸，理論上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)橄欖球場(chǎng)可以擺下），在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)內(nèi)繼續(xù)中間存儲(chǔ)或者后處理都是經(jīng)濟(jì)的。如果不后處理，乏燃料需要地質(zhì)處置很長(zhǎng)時(shí)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(jì)?；厥盏拟欕m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(duì)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(lái)承擔(dān)，所以由钚制成的MOX燃料價(jià)格昂貴，比新的低濃縮鈾燃料還要貴；而不生產(chǎn)MOX燃料，儲(chǔ)存钚價(jià)格也很貴。所以只有核燃料需求緊張，并且地質(zhì)處置費(fèi)用較高的歐洲國(guó)家和日本堅(jiān)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(huì)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(jìn)行地質(zhì)處置的主要是高放廢物，放射性來(lái)自于裂變產(chǎn)物、錒系元素。一座100萬(wàn)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(zhǎng)壽命裂變產(chǎn)物約30kg。核設(shè)施運(yùn)行退役、后處理過(guò)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(duì)于環(huán)境而言，部分放射性較強(qiáng)的物質(zhì)由于半衰期短在幾年內(nèi)會(huì)衰變完，而大部分裂變產(chǎn)物核素會(huì)在千年內(nèi)衰變完，需要考慮是可靠排除其發(fā)熱并長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)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(guò)可靠的長(zhǎng)期地質(zhì)儲(chǔ)存而保證較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不進(jìn)入環(huán)境——目前認(rèn)為可以保證在良好的地質(zhì)處置場(chǎng)中1萬(wàn)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(huì)大量進(jìn)入環(huán)境，尤其是地下水。但萬(wàn)年尺度上，高放廢物的儲(chǔ)存很難確保不進(jìn)入環(huán)境，這部分風(fēng)險(xiǎn)主要集中在長(zhǎng)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(shuō)明的是如果高放廢液不進(jìn)行固化，就比較麻煩，一來(lái)后處理廢液中大部分是硝酸鹽，強(qiáng)放射性會(huì)產(chǎn)生氫氣有爆炸可能，二來(lái)后處理廢液多是酸性，腐蝕性嚴(yán)重，三來(lái)發(fā)熱量大，液體散熱不良會(huì)沸騰，并且由于可

7、裂變物質(zhì)的濃縮可能會(huì)臨界。所以大部分后處理場(chǎng)會(huì)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(guò)水泥，瀝青進(jìn)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(guò)程設(shè)計(jì)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(huì)循環(huán)利用。后處理過(guò)程中還會(huì)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(huì)以氣態(tài)形式

8、釋放，后處理廠通常通過(guò)延長(zhǎng)儲(chǔ)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(huì)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(dá)數(shù)十萬(wàn)居里，不過(guò)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(guò)程中地下水被酸和鈾礦溶液（很?。┪廴?，良好的地下水監(jiān)測(cè)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(lái)源，嚴(yán)重污染時(shí)致癌。作者：王某叉鏈接：question2683114

10、6answer34561964來(lái)源：知乎著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。2010年12月?lián)?guó)資委網(wǎng)站消息，近日，我國(guó)第一座動(dòng)力堆乏燃料后處理中間試驗(yàn)工我國(guó)第一座動(dòng)力堆乏燃料后處理中間試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了核燃料閉式循環(huán)的目標(biāo)，有力地推動(dòng)了核燃料產(chǎn)業(yè)及核電的快速發(fā)展，為我國(guó)先進(jìn)后處理工程技術(shù)的開發(fā)提供了重要的研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，標(biāo)志著

11、我們已掌握了動(dòng)力堆乏燃料后處理技術(shù)。中試工程走過(guò)了二十載建設(shè)、發(fā)展過(guò)程。2004年至2008年順利完成了水試、酸試、冷鈾聯(lián)動(dòng)調(diào)試，于2010年3月打響了熱調(diào)試的攻堅(jiān)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(guó)動(dòng)力堆乏燃料后處理的整個(gè)工藝流程全線打通。為了應(yīng)對(duì)國(guó)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(guó)青睞，我國(guó)核電也步入了一個(gè)積極發(fā)展期。所謂“乏燃料”就是從反應(yīng)堆里燒過(guò)