谈谈核电站用过的燃料的后处理 [复制链接]

第3版()
专栏：

谈谈核电站用过的燃料的后处理
核工业部科学技术委员会主任　姜圣阶
　中国原子能工业公司总工程师　黄齐陶
核能是一种很有发展前途的能源。截至1983年底，全世界有24个国家和地区共302座核电站正在运行，总装机容量为2亿千瓦；预计到1990年，将增至537座，总装机容量将达到4．2亿千瓦。我国的核电站建设也已开始起步，到本世纪末将有一批压水堆核电站投入运行，为实现我国的战略目标作出应有的贡献。
压水堆核电站以含3．2％左右的铀—235的低加浓铀作为燃料。一座100万千瓦的压水堆核电站约需装料80吨铀，每年更换其中的三分之一燃料，即27吨左右的铀。从反应堆内卸出的用过的燃料仍然具有很强的放射性。这样，妥善处置用过的燃料，便成为世界各国的公众十分关注的问题。有些人怀疑后处理技术是否已被掌握，有些人则担心后处理过程会造成环境污染等等。产生这些疑虑是可以理解的，但担心是不必要的。
人们往往把核电站用过的核燃料称为“核废物”或“放射性垃圾”。这些称呼会给人造成一种错觉，似乎它纯属废物，不仅没有什么用处，而且会因放射性很强而危害甚大。其实，并非如此。
核电站利用燃料的方式不同于火电站；火电站可以做到把煤或石油等燃料全部烧光，但核电站却不可能把核燃料全部“烧”尽。压水堆用过的燃料还含有大量的铀。此外，用过的压水堆燃料中还产生新的核燃料——钚。这种钚不同于制造核武器的军用钚，它可以放到工业上利用。还有相当数量除钚以外的超铀元素，如镎、镅、锔等，这些超铀元素都是自然界不存在的，属于人工合成的元素，十分贵重。总之，在核电站用过的燃料中数量上占多数的是有用的物质。但是要利用这些有用的物质，必须进行再加工，这一过程在核工业生产中称为后处理。后处理是整个核燃料循环中不可缺少的一个重要环节，其必要性是毋庸置疑的。
对用过的核燃料进行后处理有以下几点好处：
1、回收未“烧”尽的铀，更充分、合理地利用铀资源。1，000万千瓦压水堆核电站每年要卸出250—300吨用过的燃料，其中含未“烧”掉的铀238—286吨。若进行后处理复用回收的铀，则相当于每年可少开采和加工处理二三十万吨天然铀矿石。这一点对我国来说具有十分重要的意义。
2、可收得大量的工业钚。从1，000万千瓦压水堆核电站每年卸出的燃料中可回收钚约2．3—2．7吨。这些钚可用于快中子增殖反应堆核电站的燃料，或者与天然铀混合做成氧化物燃料来代替低浓铀燃料用于常规的压水堆核电站。
3、提取镎、镅、锔等超铀元素，在国民经济各部门应用。用镎—237作原料生产钚—238，可用于制造核电池，在航天部门使用，镅—241可用于加工中子源、烟雾报警器、静电消除器等。目前这些产品在世界上供不应求。
4、分离回收非放射性的稀有气体氙和钯、铑等贵金属，补充天然资源的不足；分离回收放射性的铯—137作为食品储藏、工业消毒等的辐射源。
5、由于提取了钚、镎等长寿命的放射性元素，用过的核燃料的残余物的放射性大大降低，由此降低了安全贮存这些废物的技术难度。
目前世界上已有几个国家掌握了压水堆核电站用过的燃料元件的后处理技术。我国早已掌握了军用后处理技术，对压水堆燃料的后处理也进行了许多科研工作。只要我们进一步抓紧技术开发，组织各方力量大力协同，在短期内完全有可能掌握这方面的全部技术。
压水堆燃料的后处理，大致可分为四个环节，即元件运输、中间贮存、后处理和强放射性废物的最终处置。对于前三个环节的安全性，大家已没有什么怀疑了，因为国际上已经有了较长时间的实践。例如，许多国家已跨洋和陆路运输过大量的核燃料，从未发生过事故；压水堆用过的核燃料在水池内的中间贮存已积累了二十余年的丰富经验，证明是安全可靠的；新的干法中间贮存工艺正在发展中；至于后处理，只要厂址选择得当，坚持较高的安全防护标准，采取严密的安全防范措施，提高管理和操作水平，后处理厂可以做到对周围环境不产生明显的不良影响。国内外的许多后处理厂已证明了这一点。
强放射性废物最终处置，就是采用适当的方法，使这些放射性废物同人及所有生物长期隔离。多年来，世界各国曾提出过多种处置方案，比如把它们埋到深地层、深海床、或者北极冰层里，或者放到宇宙空间去等等。目前看来，比较现实可行的是埋到深地层里。它的安全性已越来越获得更多人的承认。1980年10月，美国能源部发表了《美国商业核废物最终处置的环境影响报告》，正式提出在深地层内开挖核废物贮存库的方案，并决定在1998年建成第一个国家库投入使用。这一决定表明强放废物的最终处置治理已越过了研究开发阶段，进入了全面的工业化应用阶段。
有人曾作过预测：假设在70公里范围内有200万人口的地区建设这种地下贮存库，在开挖时，由氡及其子体造成的居民集体剂量当量为天然本底的1％；在运行时发生盛装冷却二十年的核废物容器的破损事故，对居民造成的剂量为天然本底的1％。国外在对贮存库进行危险度分析时还估算了发生各种重大事故时的后果，如巨大陨石撞击在贮存库的正上方、岩层断裂而引起水淹或地下水渗入等。其中岩层断裂引起水淹是一种最为恶劣的情况。即便发生这种情况，其造成的辐射剂量也不过是天然本底的1％左右。
值得一提的是，20亿年前在非洲加蓬奥克洛的地下曾自然地发生过大规模的链式铀裂变反应。这个“天然反应堆”持续运行了60万年。核裂变碎片和超铀元素大部分都滞留在附近。这一发现有力地证明，合适的地质环境是可以保证放射性核素长期地与生物圈隔离的。更何况稳定存放在地下的核废料的放射性比起“天然反应堆”的放射性来，小得无法比拟，在深地层处置核废料是安全可靠的。
我国幅员辽阔，有着许多地质稳定而又人烟稀少的地区，比起某些领土狭小、人口稠密的国家来，更具有发展深地层处置核废料的有利条件。