乏燃料的处理方式有哪些?

最近,连云港群众强烈抵触中法核循环项目,担忧乏燃料处理不当给当地带来永久性伤害。顾名思义,核循环指的是循环利用核燃料,对乏燃料进行提纯后重新利用其有效成分——铀-235(核裂变元素)的过程,而乏燃料的处理属于核循环的最后一个步骤。

乏燃料[1]指的是在核反应堆中经中子轰炸发生核反应后,燃耗深度已达到设计卸料燃耗,从堆中卸出且不再在该反应堆中使用的核燃料组件中的核燃料。由上述定义可知,核燃料在反应堆中只反应一部分,便需要更换新的燃料(利用率甚至低至1%),其中含有大量未反应完的铀-235以及反应生成的钚-239(核武器材料)等具有高度使用价值的放射性元素。因此,各国往往将其中的铀、钚萃取出来,再对剩余的废料进行处理。乏燃料部分元素的半衰期可达几十万年,目前,各国主要采取两种方式处理乏燃料。

第一种方式是一次性通过长期处置,亦称开式燃料循环,与垃圾直接填埋相似,多用于美国、加拿大、北欧国家。首先将乏燃料进行溶解、液化,将其与玻璃、水泥一起进行固化,科学家们寻找地质条件合适的地下深井(一般是盐矿或人工挖掘的井),将废料储存至地下3~5千米处。此法成本低、简单,但后患无穷(自然灾害、恐怖袭击等)。

左图:我国核燃料闭式循环发展途径,右图:完整核燃料循环产业

另一种方式是闭式燃料循环,多用于法国、日本、中国、俄罗斯等国家。通过质子轰击的方式对乏燃料进行再反应,将几十万年半衰期的元素核裂变成半衰期为几百年的化学元素,再送到设计寿命较长的储存设施进行存放,那么后续的处理只需要考虑几百年的时间维度。此法成本较高、步骤复杂、法国的技术比较成熟,即便如此,目前的技术尚未能够完全保证裂变后产生的物质。

当然,还有一种折中的方式,将乏燃料暂时储存起来,待日后的闭式循环技术成熟后再进行处理。

所以应该以科学理性的态度看待中法核循环项目,切忌逢“核”必反。

参考文献:国外乏燃料后处理概况,刘华,中国工程物理研究院科技信息中心,四川 绵阳,621900.

注:

1. 核燃料(铀-235)的放射性很低(甚至可以直接接触),但乏燃料具有高放射性,对人体的伤害巨大.

2. 乏燃料主要含有以下元素:铀-235、铀-238、钍-232、钚-239、镎 、锶、铯等.

3. 在人们尚未意识到乏燃料具有高发射性的年代,英国曾直接将其排放在英吉利海峡中.