大型商業(yè)后處理活動(dòng)：不可比擬的“阿格地位”

　　法國先后建成過UP1、UP2和UP3三座商業(yè)后處理車間，其中位于馬庫勒?qǐng)鲋返腢P1于1958年投運(yùn)，主要用于軍事目的，已于1997年關(guān)閉，UP2和UP3均位于阿格后處理廠。

　　經(jīng)過40年的發(fā)展，阿格后處理廠如今已成為法國甚至是世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)、工藝最成熟的商業(yè)輕水堆乏燃料后處理基地。它不僅處理法國國內(nèi)的乏燃料，還為德國、日本、意大利等國處理進(jìn)口乏燃料。該廠運(yùn)行至今未發(fā)生過任何重大事故，成為成熟商業(yè)后處理的典范。該工廠目前擁有6000多名員工。

　　阿格后處理廠現(xiàn)有兩個(gè)后處理車間在運(yùn)行，即UP2-800和UP3，均使用成熟的PUREX工藝。UP2于1962年動(dòng)工興建，1967年1月投產(chǎn)，曾處理過石墨氣冷堆、快中子堆以及輕水堆等多種堆型的乏燃料，處理能力為400噸/年，但經(jīng)過改造后每年可處理800多噸輕水堆乏燃料，并更名為UP2-800；UP3由7個(gè)國家（不包括法國）的外國客戶共同出資興建，于1990年投入商運(yùn)，額定處理能力為800噸/年。兩個(gè)車間的總處理能力約為1700噸/年，若滿負(fù)荷運(yùn)行，可承擔(dān)90～100臺(tái)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組每年產(chǎn)生的乏燃料的后處理任務(wù)。目前，全球的輕水堆乏燃料后處理能力總計(jì)約為3000噸/年，而阿格后處理廠占到其中一半以上，可見其在世界乏燃料后處理領(lǐng)域擁有不可比擬的地位。

　　在阿格工廠，后處理作業(yè)可回收99.9%的钚和鈾，僅剩下約3%的物質(zhì)成為高放廢物，經(jīng)過玻璃固化后存于現(xiàn)場，等待最終處置。目前，阿格后處理廠的典型進(jìn)料是鈾235濃度為3.7%、燃耗為45GWd/t、冷卻4年后的壓水堆和沸水堆乏燃料。

　　法國電力公司目前每年產(chǎn)生約1200噸乏燃料，在2009年以前每年將其中的850噸運(yùn)往阿格后處理廠進(jìn)行處理，可回收約8.5噸钚和810噸堆后鈾（RepU），其中回收的钚被立即送往馬庫勒（Marcoule）工廠制造成約100噸混合氧化物燃料（MOX）。從2010年起，法國電力公司每年送至阿格后處理廠的乏燃料增加到了1050噸。

　　在2011年之前的幾年，由于大部分海外合同到期，加之沒有簽署新合同，阿格后處理廠的實(shí)際年產(chǎn)量僅為800~1000噸乏燃料。2011年下半年，阿?，m集團(tuán)與國內(nèi)外企業(yè)簽訂了若干份新合同，使其實(shí)際產(chǎn)量在2012~2014年將達(dá)到1250噸，2015年以后的目標(biāo)產(chǎn)量為1500噸/年。2012年該工廠共為法國和荷蘭電力公司處理了1023噸乏燃料，其中絕大部分來自法國電力公司。

　　阿格后處理廠自建成以來，除承擔(dān)國內(nèi)的乏燃料后處理任務(wù)之外，還承擔(dān)了大批來自德國、日本、比利時(shí)、荷蘭、瑞士等國的后處理任務(wù)，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。截至2009年年末，阿格后處理廠累計(jì)處理了約2.7萬噸來自國內(nèi)外的輕水堆乏燃料，其中相當(dāng)大一部分來自國外。從某種程度上講，在過去20年中，如果沒有外國客戶的支撐，法國商業(yè)后處理工業(yè)很難取得如此輝煌的成就。

　　核燃料再循環(huán)：MOX燃料計(jì)劃

　　法國目前正在其輕水堆中使用通過乏燃料后處理提取的大量堆后鈾和钚。據(jù)法國電力公司估算，其約20%的發(fā)電量來自回收材料钚和鈾。

　　與其他核電發(fā)達(dá)國家類似，法國最初的閉式核燃料策略是通過后處理將乏燃料中包含的钚提取出來，制成燃料后在快中子增殖堆中循環(huán)使用。因此，在建設(shè)大型后處理設(shè)施的同時(shí)，法國于1967年投運(yùn)了實(shí)驗(yàn)快堆，1973年投運(yùn)了“鳳凰”快堆，1976年又決定建設(shè)“超鳳凰”快堆，當(dāng)時(shí)的預(yù)計(jì)是到2000年“超鳳凰”型快堆將投入大規(guī)模應(yīng)用。然而，到了上世紀(jì)80年代，石油價(jià)格下降，天然鈾價(jià)格也隨之下降，而燃料循環(huán)后段價(jià)格卻在上升，加之快堆研發(fā)挫折不斷，法國不得不調(diào)整核燃料循環(huán)戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)向在熱堆中燃燒后處理產(chǎn)生的鈾和钚。

　　法國電力公司的堆后鈾在皮埃爾拉特轉(zhuǎn)化廠轉(zhuǎn)化成U3O8以便進(jìn)行中間貯存，或轉(zhuǎn)化成UF6后在皮埃爾拉特鈾濃縮廠或俄羅斯謝韋爾斯克（Seversk）鈾濃縮廠進(jìn)行再濃縮。法國每年約有500噸堆后鈾（UF6）送至俄羅斯謝韋爾斯克設(shè)施進(jìn)行再濃縮，濃縮后的UF6被送至阿海琺的羅芒工廠轉(zhuǎn)化成UO2并制成燃料組件。法國電力公司自20世紀(jì)80年代以后就在其90萬千瓦級(jí)動(dòng)力堆中使用這種燃料。截止到2010年年底，法國電力公司的堆后鈾庫存達(dá)到2.4萬噸，分布于4個(gè)場址，成為一種戰(zhàn)略資源。

　　法國于1987年發(fā)起輕水堆MOX（混合氧化物）燃料計(jì)劃，目標(biāo)是在其所有90萬千瓦級(jí)核電反應(yīng)堆中使用MOX燃料，以便盡快消耗不斷增加的商業(yè)钚庫存。目前，法國電力公司共有20臺(tái)90萬千瓦級(jí)反應(yīng)堆正在使用MOX燃料，其許可MOX裝料比例為30%，但實(shí)際用量低于這個(gè)比例，這是法國電力公司的商業(yè)钚庫存從1988年的不到1噸猛增至2005年50.9噸的原因之一。2007年法國電力公司使用的MOX燃料的最高平均钚含量從7.08%提高到8.65%。

　　法國共建設(shè)過3座MOX燃料制造設(shè)施，目前僅剩下梅洛克斯工廠在運(yùn)行，它也是目前全球唯一正在運(yùn)行的商業(yè)規(guī)模MOX燃料制造設(shè)施。該廠于1990年動(dòng)工興建，1995年投運(yùn)，1997年產(chǎn)能達(dá)到100噸/年。2003年該廠的許可產(chǎn)能從145噸/年提高到195噸/年。截止到2008年年末，阿?，m持有30噸/年的MOX燃料出口合同，主要來自日本和德國。

　　2008年年底，阿?，m和法國電力公司宣布把乏燃料后處理和再循環(huán)協(xié)議延長到2040年，從而確保阿格后處理廠和梅洛克斯MOX燃料制造廠可以得到持續(xù)發(fā)展。為此，阿?，m打算到2015年將阿格工廠的實(shí)際后處理產(chǎn)能提高到1500噸/年。這使法國電力公司每年送至阿格后處理廠進(jìn)行處理的乏燃料從2010年起可增加到1050噸，梅洛克斯工廠的MOX燃料年產(chǎn)量從100噸增加到120噸。該協(xié)議還意味著法國電力公司將循環(huán)使用乏MOX燃料。

　　使用后的乏MOX燃料和乏堆后鈾目前被臨時(shí)貯存起來，等待未來各種條件成熟之時(shí)再進(jìn)行后處理，然后在第四代核能系統(tǒng)中使用提取出來的钚。

　　新型后處理技術(shù)的開發(fā)：為第四代核能系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用做技術(shù)準(zhǔn)備

　　法國目前正在研究和開發(fā)3種先進(jìn)的后處理流程，分別是COEX、DIAMEX-SANEX和GANEX。其中，COEX流程已經(jīng)比較成熟。

　　阿?，m于2007年完成“一體化再循環(huán)工廠”的設(shè)計(jì)，并計(jì)劃于2020年采用COEX流程建成第三代后處理廠。COEX流程屬于第三代后處理技術(shù)，可將鈾、钚（通常還有镎）共同提取出來并提取出純鈾。

　　DIAMEX-SANEX流程可選擇性地把長壽命放射性核素（重點(diǎn)是镅和鋦的分離）與短壽命裂變產(chǎn)物分開。該流程可與COEX（在鈾、钚、镎分離之后）聯(lián)合使用。鈾-钚和次錒系元素可在快堆中循環(huán)使用。

　　GANEX流程可使钚和鈾共沉淀（和COEX流程一樣），然后使次錒系元素和一些鑭系元素與短壽命裂變產(chǎn)物分離。鈾、钚和次錒系元素共同成為快堆燃料，鑭系元素成為廢物。作為法國-日本-美國全球錒系元素循環(huán)國際論證計(jì)劃（GACID）的一部分，這種流程從2008年起開始進(jìn)行示范論證。目前，示范工作預(yù)計(jì)已經(jīng)完成，正在制造燃料元件。從2020年起，燃料組件將被裝入日本文殊快堆進(jìn)行輻照測(cè)試。

　　為了論證這些技術(shù)的工業(yè)可行性，法國可能會(huì)建造兩座中試廠。一座可能基于COEX流程，旨在為法國原子能和替代能源委員會(huì)擬于2020年建成的第四代核能系統(tǒng)（快堆）制造驅(qū)動(dòng)燃料。另一座用于制造含有次錒系元素的燃料組件，以便在快堆上進(jìn)行輻照測(cè)試。法國的長遠(yuǎn)目標(biāo)是到2040年左右為第四代核能系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用做好技術(shù)準(zhǔn)備，屆時(shí)阿格后處理廠將被新的一體化核燃料循環(huán)設(shè)施所取代。

　　技術(shù)輸出：將后處理技術(shù)推向國際市場

　　法國不僅在國內(nèi)從事乏燃料后處理技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用活動(dòng)，還努力將其先進(jìn)的后處理技術(shù)推向國際市場。

　　日本的六所村商業(yè)后處理廠就是以阿格后處理廠的UP3車間為模板建造，兼顧英國和德國的一些技術(shù)，并且盡可能多地使用本國技術(shù)設(shè)備，以利于日本將來建設(shè)自己的后處理設(shè)施。該廠的設(shè)計(jì)年處理能力為800噸，于1991年開工建設(shè)，目前正處于最后的測(cè)試階段，預(yù)計(jì)于2013年10月正式投運(yùn)。

　　此外，近幾年來美國也對(duì)法國后處理技術(shù)表現(xiàn)出興趣。對(duì)此，阿?，m積極響應(yīng)，向美國政府建議耗資兩百多億美元，采用法國的成熟技術(shù)，建設(shè)一座產(chǎn)能為2500噸/年的乏燃料后處理廠和一座MOX燃料制造廠。目前，阿?，m已經(jīng)與美國杜克能源公司建立聯(lián)盟，準(zhǔn)備向美國能源部提交建設(shè)MOX燃料制造廠的申請(qǐng)。

　　各國乏燃料后處理新動(dòng)向

　　英國

　　英國一直堅(jiān)持乏燃料后處理政策，在后處理、核廢物管理與處置、核退役等方面都擁有一定的工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)。英國的后處理廠主要在塞拉菲爾德與唐瑞這兩個(gè)基地。塞拉菲爾德是目前英國最大的核基地。塞拉菲爾德的THORP后處理廠于1974年提出建設(shè)構(gòu)想，經(jīng)過20多年的努力，于1992年完工，1994年開始剪切輻照燃料試運(yùn)行，1997年獲得英國核設(shè)施檢察局（NII）頒發(fā)的運(yùn)行許可證。

　　據(jù)2013年1月的消息稱，英國電網(wǎng)公司旗下的Sizewell B核電站已開始實(shí)施一項(xiàng)為期兩年的項(xiàng)目，建造一座干法乏燃料貯存庫，該設(shè)施將在2015年投入使用，屆時(shí)該電站乏燃料貯存池達(dá)到設(shè)計(jì)容量。從2015年起，新的干法乏燃料貯存庫將貯存核電站壽期內(nèi)的乏燃料，直到深地質(zhì)處置設(shè)施可用。雖然世界很多地方都在使用乏燃料干法貯存，但Sizewell B是英國的第一座貯存設(shè)施，該設(shè)施預(yù)計(jì)在2035年停止運(yùn)行。

　　日本

　　1977年，日本運(yùn)行了東海村后處理廠（TPR），目前已完成熱試、位于青森縣的新的后處理廠六個(gè)所，年處理能力為800噸鈾，其水池貯存能力為3000噸，并能貯存從英國和法國后處理廠返回日本的放射性廢物，六個(gè)所后處理廠包括乏燃料接收與貯存、首端、主工藝和廢物處置與貯存車間。

　　而據(jù)2013年1月7日的消息稱，日本政府正在考慮為韓國、越南和其他亞洲國家后處理乏燃料棒。日本是世界上唯一沒有核武器、卻擁有后處理乏燃料棒的設(shè)施、能夠生產(chǎn)武器級(jí)钚的國家。允許日本后處理乏燃料棒的日美雙邊核能協(xié)定將在2018年到期，美國可能堅(jiān)持修改協(xié)議，進(jìn)一步限制日本后處理能力。

　　俄羅斯

　　于1976年4月投入試運(yùn)行的RT1后處理廠是目前俄羅斯仍在運(yùn)行的后處理廠，年處理能力為400噸/年。2011年12月，俄羅斯新的一個(gè)乏燃料貯存設(shè)施在東西伯利亞投運(yùn)，據(jù)介紹，隨著乏燃料后處理設(shè)施的運(yùn)行，俄羅斯核電廠95%的乏燃料都可以回到核燃料循環(huán)中。

　　此外，今年2月，俄羅斯國家核能公司Rosatom宣布，位于熱列茲諾戈?duì)査箍说姆θ剂显偬幚硎痉稄S已啟動(dòng)招標(biāo)工作。根據(jù)招標(biāo)文件的條款，乏燃料再處理廠必須在2015年12月10日前投入運(yùn)行，試點(diǎn)示范中心初期將用于開發(fā)和測(cè)試VVER-1000反應(yīng)堆乏燃料再處理的新技術(shù)，預(yù)計(jì)后期可開發(fā)快堆乏燃料再處理技術(shù)。

　　印度

　　印度是繼美、法之后建成水法PUREX 后處理流程的第三個(gè)國家，也是目前繼英、法之后第三個(gè)運(yùn)行商業(yè)后處理廠的國家。印度在上世紀(jì)50年代就開始后處理技術(shù)的研究，最早的特朗貝中試廠于1964年投運(yùn)，采用了通用的PUREX流程，經(jīng)過改進(jìn)，其年處理能力從30噸擴(kuò)大到60噸。在特朗貝中試廠成功運(yùn)行后，印度先后又建成了塔拉普爾和卡爾帕卡姆兩座后處理廠，塔拉普爾后處理廠（PREFRE 1）于1974年投產(chǎn)，主要處理重水堆燃料，設(shè)計(jì)能力為100噸/年，1990年實(shí)際能力達(dá)到150噸/年。

　　2011年1月，印度新落成一個(gè)后處理廠，位于印度塔拉普爾(Tarapur)，其將從乏燃料中提取出供快堆使用的鈾和钚。

　　美國

　　美國是最早建成軍用和商用后處理廠的國家，在上世紀(jì)70年代初建成了處理能力為1500噸/年的商用后處理廠，現(xiàn)在通用的后處理PUREX流程是美國率先開發(fā)出來的。但是，1977年卡特政府宣布無限期推遲商業(yè)后處理政策，后來雖然里根政府表示采取積極步驟支持商業(yè)后處理，但美國至今沒有商業(yè)后處理廠運(yùn)行。然而，美國的商用后處理廠雖叫停，后處理技術(shù)的研發(fā)卻并未停止，在全球后處理廠的技術(shù)研發(fā)市場上，美國仍具有強(qiáng)大的話語權(quán)。

　　據(jù)4月初的相關(guān)消息報(bào)道，在2014財(cái)年預(yù)算申請(qǐng)為核廢物研發(fā)增加了6000萬美元之后，美國能源部（DOE）在4月16日宣布要推動(dòng)核廢物管理計(jì)劃，從而找到乏燃料的解決方案。

　　DOE計(jì)劃在今后5年向電力研究所領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目投入1580萬美元，電力研究所的項(xiàng)目包括設(shè)計(jì)和驗(yàn)證從商業(yè)核電廠取出的高燃耗乏燃料的干法貯存罐技術(shù)。年初，DOE發(fā)布了管理處置乏燃料及高放廢物的戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略要求到2021年建立一個(gè)暫時(shí)貯存中試設(shè)施，主要接收關(guān)閉反應(yīng)堆場址的乏燃料，以及到2025年建立一個(gè)較大的暫時(shí)貯存設(shè)施。DOE的計(jì)劃要求到2048年建立一個(gè)地質(zhì)處置庫。