核電站燒過燃料中還有大量的鈾和鈽,就白白地埋地下了?

所謂的乏燃料就是核反應堆理應使用過的核燃料，一般都是核電站「燒」後剩下的核廢料，新聞中經常有聽說核廢料地下深埋處理，全球也有多處填埋場，但據說燒過的核燃料中還有大量的鈾和鈽，難道就白白扔掉，不回收利用了嗎？

核燃料是怎麼燒成乏燃料的？

一般指的核反應堆就是裂變堆，因為現在還無法實現商業化聚變。裂變堆就是利用放射性原子核的裂變質量虧損產生能量，常見的易裂變材料是鈾-235和鈽-239，裂變的過程看上去並不難，即重核吸收受到中子撞擊俘獲後，比如U235變成U236，由於236基不穩定，它馬上又會裂變成氪-92和鋇-141，當然這兩種元素也具有放射性，半衰期也不一致，會繼續衰變成其他放射性元素。

鈾-235裂變過程

比較有意思的是在核反應堆中不容易裂變的鈾238也會變成容易裂變的鈽-239，因為鈾-238在快中子作用下也能裂變，只是它無法產生多餘的中子持續裂變，這讓它無法成為核燃料，不過它可以吸收快中子後變為鈾239，鈾239經過2次β衰變後變為鈽239，所以乏燃料中的鈽-239就是這麼來的。

當然除了這些有用的元素外，衰變鏈中還有其它短壽命的放射性廢物，這些影響不大，但也有長期會造成放射性汙染的放射性同位素，比如鍶-90、銫-137、鎝-99和碘-12等，還有中子撞擊原子核後卻沒有裂變的產物鈾-236，這是一種很難處理的長壽命放射性同位素。它不會在自然界中產生，經常被鑑定是否是乏燃料的標誌特徵。值得一提的是在這個放射性物質的衰變鏈中有很多物質是穩定的，而且是貴金屬銠、鈀、銀、鋯、釕、鉬、鎝、釕等，是不是聽上去非常有誘惑力？

乏燃料中的核燃料還能再利用嗎？

拋開劑量談毒性都是放屁，所以沒有濃度來討論核燃料的利用不是流氓麼？我們先來看看乏燃料中的可利用元素或者同位素的濃度才能來談利用。

乏燃料中絕大部分都是沒法燃燒的鈾-238，佔了96%以上，其他比例如下：

鈾-235的質量分數小於0.83%

鈾-236的質量分數大約是0.4%

鈽-239的分量為0.8%

鈽-240的分量是0.2%

如果重水堆中的核燃料，那麼鈾-235佔比為0.23%，鈽-239和鈽-240佔比0.27%，從反應堆中取出時並不是說並不是裂變物質已經消耗掉了，而是可以裂變的物質濃度不夠，裂變產生的中子增殖效應已經不能讓鏈式裂變持續反應，或者效率太低。到此時裂變燃料就該退役了！

核燃料棒

乏燃料怎麼處理利用？哪些國家能處理乏燃料？

乏燃料有兩種處理方式，一種是最笨的方法，也就是直接埋入地下，最簡單但這樣似乎有些浪費，畢竟裡面還有很多可以利用的同位素，但處理起來又非常困難，當前全世界只有法國、俄羅斯、英國、印度、日本、美國、比利時、德國、中國9個國家能處理和利用乏燃料，

我國乏燃料後處理關鍵技術有待改善

磷酸三丁酯萃取法

這是一種是用最廣的乏燃料處理方法，能分將鈾和鈽從乏燃料中分離出來，它是1945年被發現對鈾和鈽具有很高的萃取效率，一般對鈾和鈽的萃取提純用的PUREX法，這個方法名字的來源是鈽（Plutonium）鈾（Uranium）萃取Extraction）的並寫，原理是利用金屬離子形成非水溶性錯化合物的性質，將原來是水溶性的鈾、鈽離子萃取入有機溶液相，但其它分裂物卻不能形成錯化合物殘留在水溶液相，因此得以將它們和其它元素分離。

接下來就是同位素提純，這個方法就回到老路上了，因為提純同位素的方法並不多，而離心機分離是最普遍，效率比較高的方式，利用的是同位素之間微小的密度差，通過數十級離心機逐步提純，成本極高，而且離心機製造難度很大，在國際上離心機屬於嚴格管控的設備。

最後提一下日本發生臨界事故的日本東海村工廠的部分業務就是做乏燃料處理的，年設計處理能力270噸，但每年僅僅只處理10噸，1999年9月30日在將硝酸鈾醯倒入沉澱槽的作業中，沉澱槽中的硝酸鈾醯溶液到達臨界值，發生臨界事故，導致2名作業人員死亡，666人被輻射照射，這是日本2011年福島核事故前最嚴重的核意外，事故被評級為國際原子能事故等級第4級！