如果說核電作為能源為人類奉獻(xiàn)著光和熱，那么核燃料則為核電裂變著歲月和生命。在經(jīng)歷了千錘百煉之后，在經(jīng)歷了冶鑠精純之后，在經(jīng)歷了燦爛釋放之后，在經(jīng)歷了“返景入深林”之后，一次完整的核燃料循環(huán)才點(diǎn)上了休止符。
天然核燃料資源有兩類——鈾和釷，因此核燃料循環(huán)有鈾-钚循環(huán)和釷-鈾循環(huán)。釷-鈾循環(huán)目前尚處于研究試驗(yàn)階段。能把鈾轉(zhuǎn)化為核燃料钚的鈾-钚循環(huán)則已實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，現(xiàn)在運(yùn)行的核電廠均采用鈾-钚循環(huán)。
前段和后段
以反應(yīng)堆為中心，核燃料進(jìn)入反應(yīng)堆前的制備過程叫做核燃料循環(huán)的前段，核燃料卸出反應(yīng)堆后的處理和處置過程叫做核燃料循環(huán)的后段。
核燃料循環(huán)的前段大致包含4個環(huán)節(jié)。第1個環(huán)節(jié)是鈾礦的地質(zhì)勘探。第2個環(huán)節(jié)是鈾礦石的采冶，包括礦石的開采和鈾的提取。第3個環(huán)節(jié)是鈾濃縮，即通過同位素分離，提高鈾-235的豐度。第4個環(huán)節(jié)是核燃料元件的制造。經(jīng)過前面3個環(huán)節(jié)得到的鈾，雖然滿足了核電廠反應(yīng)堆對鈾-235豐度的要求，但是還要經(jīng)過化學(xué)、物理、機(jī)械加工等復(fù)雜而嚴(yán)格的過程，制成形狀、尺寸合乎規(guī)范的元件，才能作為燃料來使用。
核燃料循環(huán)的后段大致也包含4個環(huán)節(jié)。第1個環(huán)節(jié)是乏燃料中間貯存。在核電廠反應(yīng)堆換料過程中卸出的乏燃料元件，由于其高放射性活度和衰變熱，必須經(jīng)過相當(dāng)長時間的冷卻存放，以便于下一階段操作和處理。第2個環(huán)節(jié)是乏燃料運(yùn)輸。未輻照核燃料的放射性強(qiáng)度很低，而乏燃料情況全然不同，因此必須考慮運(yùn)輸?shù)钠帘魏桶踩葐栴}。第3個環(huán)節(jié)是乏燃料后處理。乏燃料從堆內(nèi)卸出時，無論是否達(dá)到設(shè)計的燃耗深度，總含有一定量原有的和新生的裂變?nèi)剂稀Ｌ崛∵@些裂變?nèi)剂弦约捌渌杏玫姆派湫粤炎儺a(chǎn)物，是乏燃料后處理的主要目的。第4個環(huán)節(jié)是放射性廢物的處理和最終處置。目前對短壽命低、中放廢物采用近地表處置，對長壽命低、中放廢物和高放廢物采用深地層埋藏處置。
“一次通過”與“閉式循環(huán)”
針對核電廠反應(yīng)堆卸下的乏燃料，目前各國采用了不同的處理方式。
第一類就是“一次通過”方式。即乏燃料經(jīng)過中間貯存冷卻一段時間后，進(jìn)行包裝，作為廢物送人深地質(zhì)層處置或長期貯存。這種方式的特點(diǎn)是概念簡單，處理成本可能較低；不會產(chǎn)生高純钚，核擴(kuò)散風(fēng)險低。缺點(diǎn)是廢物放射性及毒性高，延續(xù)時間長達(dá)幾百萬年；鈾資源沒有得到有效利用。目前世界上選擇核燃料“一次通過”方式的主要國家有瑞典、加拿大和西班牙等。美國曾經(jīng)支持“一次通過”方式，但現(xiàn)在美國已轉(zhuǎn)向了第二類方式——“閉式循環(huán)”方式。
“閉式循環(huán)”方式，是指對乏燃料中所含的大部分有用核燃料進(jìn)行分離回收、循環(huán)利用的方式。這種方式費(fèi)用可能較高，存在核擴(kuò)散的風(fēng)險，但提高了鈾資源利用率，實(shí)現(xiàn)了廢物最少化，縮短了地質(zhì)處置的延續(xù)時間。除美國外，采取閉式循環(huán)方式的主要國家還有法國、英國、俄羅斯、日本和印度等，我國也采用核燃料循環(huán)這種方式。
此外，還有核電規(guī)模較小的國家，采取“等著瞧”的策略，準(zhǔn)備通過國際合作的方式實(shí)現(xiàn)核燃料再循環(huán)。
（作者：原國家核安全局總工程師、國家核電技術(shù)公司專家委員會專家林誠格）
