我国核燃料循环产业面临的挑战和机遇王利娜

我国核燃料循环产业面临的挑战和机遇王利娜

王利娜

中核兰州铀浓缩有限公司甘肃省兰州市730065

摘要：核燃料循环工业是一个超长产业链的高端产业，涉及的技术领域广泛复杂。以核燃料组件在核反应堆中应用为分界，包括铀矿勘查采冶、铀转化、铀同位素分离和核燃料组件制造的技术过程称为核燃料循环的前端技术；核燃料从反应堆卸出后（乏燃料）的处理和处置技术过程称为核燃料循环的后端技术。大力发展核燃料循环产业将为核电安全可持续发展提供重要保障。本文根据作者多年从业经验，对我国核燃料循环产业目前面临的挑战和机遇进行了详细的阐述，旨在为同行提供一些借鉴和参考。

关键词：核燃料循环产业；面临；挑战；机遇

1、引言

一直以来，人们总会谈“核”色变。现在不仅是在中国，在世界上对核技术是否值得发展一直有两大阵营。反核人士与支持核技术发展人士。反核人士主要理由有：首要的就是核武器，这个能量巨大杀伤力极强的武器一度成为很多国家的梦魇，一旦被核技术泄露被用于军事目的，发动核战争，将意味着世界的灭亡。其次是核能源应用的经济性问题，投入与产出是否能成正比，产出的能源价值能够比成本更高，发展起来才更有意义，而且一旦发生核反应堆泄露事故，每天对废弃堆的维护费用都是相当惊人。

2、我国核燃料循环技术的发展趋势

2.1我国核燃料循环前端技术

世界上现有的巨大铀资源可以在几十年内保证核电站的燃料供应，同时也有可能从单位质量的铀燃料中获取更多的能量从而使资源大幅度增加。

2.2反应堆技术

最有希望的发展路线是在现有技术路线的基础上进行渐进式发展。对于创造新的反应堆类型有较大的阻力。已经提出的6种第四代反应堆类型预计会在2030年前后实现商业化应用。对于主流的轻水堆（LWR）而言，有两条主要的技术发展路线：一条是大的单堆容量，可达到1300～1500MWe，另一条是中等的单堆容量，大约为100～1000MWe。第一种先进LWR包括：西屋公司和三菱公司的APWR，西门子的SWR/BWR1000，美国GE公司和日本东芝、日立公司的ABWR，法马通和西门子联合公司的EPR，俄罗斯的WWER-1000，瑞典ABBatom的BWR90。第二种先进LWR包括：美国西屋公司的AP600、中国的AC600、日本三菱公司的MS-600，GE公司的EBSWR和俄罗斯的WWER-640。

另外，由加拿大能源有限公司开发的重水堆（CANDUHWR）已经占到世界核电供应的大约5%。根据现有订单，这种类型的反应堆已经增加了其市场占有率。预计其比投资和能源单价都会大大下降。印度也在开发以天然钍作为原料的先进HWR。快中子增殖堆（LMFR）已在一些国家发展多年，有几座核电站已成功投入运营，积累了相当丰富的经验。如俄罗斯的BN-600，法国的超凤凰等。快堆的进一步发展集中在改进核电站的安全性和经济性，改进燃料燃耗和再循环以减少放射性废物的数量。

3、核燃料循环的发展前景分析

人们对核燃料循环的研究，主要着重在两个问题。即：充分利用核燃料资源和使核燃料的利用清洁化。

3.1充分利用铀（钍）资源

目前核能主要是利用235U，但它只占天然铀中的0.7％，即使考虑到压水堆的转换比为0.6，天然铀的利用率也只有0.7％+0.7％×0.6=1.1%。目前已探明世界上（经济上）有开采价值的铀为500万吨，而一座1000兆瓦（100万千瓦）的核电站，要消耗的铀为：初装量365吨+年补充量174吨（运行30年约需天然铀5500吨）。能源专家按年增长率2.5％估算，现有储量只能维持到2035年左右。可见用现在类型的核电站，铀作为燃料资源并不丰富。但是如果能将天然铀中未被热中子堆利用的、占99.3％的239U利用起来，情况将发生本质的变化。

利用快中子增殖堆能够解决这个问题。在快中子增殖堆中，有足够富裕的中子能将238U转换成239Pu。239Pu与235U相同，是可以燃烧的。这样就可以把铀资源的利用率从～1％提高到60～70％，可见铀资源在能源中的位置所起的作用。再加上快堆对燃料的利用比热堆充分（燃耗大3倍左右），就可能更充分地利用铀。这样人们就不必再为化石燃料的污染环境（我国烧煤每年排入大气的SO21460万吨，烟尘2300万吨，此外还有世界性的温室效应）和引起交通紧张（我国煤运量占铁路的40％，占海运的30％，而1000Mw电站需要运输的煤量为330万吨）而烦恼。

和238U相似，232Th也能吸收中子而转换成能做核燃料的235U。但因233U中的232U的子体具有很强的γ放射性，操作起来很不方便，近来除印度这样的铀资源匮乏而钍资源丰富的国家外，其他国家暂时放弃了对它的研究。

3.2核能应用清洁化

后处理厂共去污流程产生的高放废液的最终处置，是人们最关心的问题。它含有反应堆中产生的全部裂变产物、镎和超钚元素。裂变产物的放射性在储存300年后将降到比天然铀矿还低的水平。而镎、镅、锔等超钚元素在储存几十万年后仍保留有相当的水平。一座1000Mw（e）的核电站每年将生产25公斤超钚元素。对于这样长寿命的α放射性物质，进行几十万年的长期埋葬，不能不引起公众的忧虑。

缩短放射性废物辐射危害达到环境允许水平的时间，将从根本上消除这一疑虑。这样人们就能够从有人类历史文献记载的时间尺度来评价地层的稳定程度，从而做出不容置疑的结论。这个目的可借用中子嬗变长寿命裂变产物和超钚元素的方法来实现。在中子作用下，上述元素或嬗变成稳定的核素，这时不但清除了长寿命α核素，而且还为核燃料提供了能量，达到一举两得的目的。

高放射性废液经过上述物理处理后，剩下的只是半衰期30年左右的裂变产物（90Sr，137Cs等），只需要几百年的时间就可达到安全水平。

4、我国核燃料循环产业面临的挑战和机遇

4.1我国核燃料循环产业面临的挑战

（1）目前我国核燃料循环前端产业总体规模小，装备和技术水平和国外发达国家相比有比较大的差距，不足以支撑我国核电建设的大发展。我们应该如何根据我国核电快速发展的态势，扩大产能、提高水平，保障我国核电的可持续发展？

（2）核燃料循环产业是一个充分市场化的国际化产业。世界各核大国都盯着我国核燃料循环产业这块大蛋糕。我们应该如何面对国际的竞争，在开放的全球化的框架中考虑我国核燃料循环产业的发展？

（3）核燃料循环产业是整个核工业的基础，也事关国家安全，十分敏感。世界各核大国都十分重视对本国核燃料循环产业的保护。开放和保护是矛盾的统一体。我们应该如何考虑、研究和落实对我国核燃料循环产业的保护政策?

（4）国内核电大发展引发了对旧有体制的巨大冲击，在核电领域的竞争态势已经形成。旧有的核燃料循环业体制必然也会受到冲击。我们应该如何积极应对，研究和调整核燃料循环产业体制，避免无序竞争发生?

4.2应对措施

（1）认清形势，转变观念，思想要适应已经发生巨大变化的形势，这就是我国将成为世界上核电规模最大的国家，与之相对应，我国核燃料循环产业也必将成为世界上最大梯模的核燃料循环产业。我们当代核工业人正在为之努力奋斗，把这种可能性变为现实。这是我们的光荣而崇高的使命。

（2）核燃判环产业是全体核工业人的事业，要摒弃集团利益，加强保护意识，积极推动我国核燃料循环产业的快速发展。

（3）加强学习，加强研究，强化决策的民主程序，充分发挥思想库在国家决策方面所发挥的巨大作用。（“思想库”在一些发达国家被誉为与立法、行政、司法和媒体并列的“第五种权力”）。

5、结束语

中国和世界上其他国家一样，需要经济性更强、安全性更好的先进核电技术，推进核能的可持续发展。作者相信在不久的将来，我国的核技术将会有更大更长远的进步，彻底解决能源紧张与短缺的问题。

参考文献：

[1]我国核燃料循环前端产业的现状和展望[J].李冠兴.中国核电.2010（01）

[2]我国核燃料循环前端产业的现状和展望[J].李冠兴.中国核电.2010（02）