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核废料处理行业处理模式分析:分中低放核废料、乏燃料(高放核废料)

发布时间:2020-06-29  来源:立鼎产业研究网  点击量: 131 

——中低放核废料处理模式

中低放核废料处理工艺相对于高放核废料而言,处理简单,技术路线确定,工艺成熟,危害性低。目前中低放液体核废料一般采用喷淋、清洗、过滤、浓缩的办法,使放射性降低到一定的标准后,通过高烟囱排放到大气中去。中低放射性的废液一般采用净化的方法,即通过化学沉淀、蒸发、离子交换等三道工序进行处理,使其达到排放标准,然后排放掉或循环重复使用。

中国对中低放废物的处理,按国家标准和国际原子能机构的要求,不论是固体放射性废物还是液体放射性废物,都要进行固化处理,然后装入 200 升的不锈钢桶,放在浅地层的处置库里。

中低放核废料处理工艺相对简单


资料来源:公开资料

我国现在有已建成两个中低放废物处置场,分别位于甘肃矿区和广东北龙,在建的为四川广元的飞凤山处置场,华东处置场厂址还未选定。中低放处置场一般只愿意接收本省内核电站或其他设施产生的放射性废物。

甘肃矿区的西北处置场位于原核工业404 厂厂区内,是我国最早的核工业基地之一,目前只接受了部分军工设施产生的中低放废物,并没有接受来自核电站的中低放废物。深圳北龙处置场主要接收大亚湾核电站产生的中低放废物,距大亚湾核电站 5 公里,占地近 21 公顷,设计总处置容量为 8 万立方米,工程造价约 8000万元。在建的四川飞凤山处置场,计划也只接受本省内已有和以后可能发展起来的核电站所产生的中低放废物。

而我国多座核电机组的中低放废物存量早已超过了 5 年的暂存期,囿于没有接收场所,只能继续暂存在核电站内。要破解这一难题,需要国家的统一规划和推动。2014 10 月下旬,由国防科工局科技委组织,能源局、核安全局、核辐射安全中心、中核清原公司、中广核环保公司的有关专家召开了讨论中低放处置的专家研讨会。会议明确提出“各省建设自己的中低放处置场,特别是核电大省必须建设处置场”的方针。可以预期,随着新开工机组数的增加,中低放处置场的建设速度也会迅速提高起来。

——乏燃料行业处理模式

高放核废料的处理仍是世界性难题,目前尚未有一种方法能够完全分解高放。乏燃料的放射性,彻底消除其对环境的威胁。核燃料在反应堆中经过中子轰击后,利用率仅仅达到了百分之几,因此乏燃料中含有大量未裂变的铀和新生成的钚等,具有很大的回收价值。同时,乏燃料具有很高的放射性,是危害最大、半衰期最长的放射性废物。

也就是说,乏燃料是燃烧不充分的核燃料,还可回收有价值的铀等元素,经后处理回收后的乏燃料就成为了不再回收的放射性废物。

对于乏燃料的处理,目前国际上主要有三种战略考虑:

第一,后处理战略。以法国、日本、英国为代表的国家采用此种战略。

乏燃料的后处理是指出去乏燃料中的裂变产物,并回收易裂变材料钚和可转换材料铀的过程。具体操作上,乏燃料先在核电站水池中冷却,然后运到处理厂,对其中所含的 96%的有用核燃料进行分离并回收利用,对无用部分固化后进行深地质层处置或分离嬗变,这是一种闭式核燃料循环。

从上可知,后处理战略具有很多优点:其一,通过后处理可从乏燃料中回收有用的铀和钚(目前回收率可达 99.75%),回收后再制成 UO 2 MOX 燃料返回热堆或快堆使用,大大提高铀资源的利用率,保障核电可持续发展;其二,后处理可以使放射性废物减容和降低毒性。按现在国际上运行的后处理厂的水平,乏燃料经过后处理后产生的高放废物量仅为“一次通过战略”的 1/4,同时使最终处置废物的放射性降低一个数量级以上。

但是后处理战略的缺点是费用较高,同时因可生产出高纯度的钚,有核扩散的风险。

后处理燃料循环战略:难度大,投入高,废物处置高效


资料来源:公开资料

第二,一次通过战略,又称直接处置方案(Direct Disposal Option )。以加拿大、德国、芬兰、瑞典为代表的国家主要采用此战略。在这种循环方案中,从反应堆卸出的乏燃料被当做放射性废物不再利用。这些乏燃料首先在反应堆冷却池中冷却一段时间(一般为 7 年),然后被转移到临时存储厂存放。这些乏燃料至少需要在临时存储厂存放 50 年,然后经过固化、封装等处理过程,最后进行地质深埋。

一次通过战略有许多优点:其一,费用较低,据法国和德国的统计,乏燃料直接处置较后处理可节省 30%的费用;其二,无高纯钚产生,核扩散风险低。但缺点是废物放射性及毒性高,延续时间可长达几百万年。

一次通过战略:难度小、费用低,但对环境存在潜在威胁


资料来源:公开资料

第三,观望战略。即将乏燃料进行离堆暂时贮存(50 年),等技术成熟以后再作决策,以奥巴马执政后的美国为代表国家。其在建设乏燃料最终处置库时要求可回取。

中国目前已经确认采用后处理燃料循环技术路线,并在2016320日发布的《十三五规划纲要》中有明确表述。此前中核集团牵头与法国阿海珐公司协商采用该公司技术,以法国阿格中心的 UP3 厂为参考,建设年产能 800 吨的后处理大厂,实现核燃料的循环利用。2010 年年底中国自主建设的中试厂热调试取得成功,预计2025年前后才会正式投入运行,但中试厂规模有限,年处理能力仅为50 吨。与同阿海珐公司合作,就是为了借鉴法国乏燃料后处理的大规模商业运行经验,建立年处理规模达 800tHM 的乏燃料处理厂。按照之前计划,该处理厂将于2021年实现第一罐混凝土浇筑,2029年后处理设施进行热试,2030年实现投运,总造价将超过1000亿。


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