能源資源的利用驅動著人類文明與科技的進步。近日熱映的科幻片《流浪地球》中，就提到了一種神奇的能源「火石」——人類利用這種能源啟動行星發動機，從而成功拯救了地球。而根據其高能量密度的特性，筆者大膽推斷，這很有可能就是一種引發核聚變反應的燃料。
其實，地球上類似於「火石」的能源資源很多——十幾世紀以來，人類對石油、天然氣、煤炭等資源的開發利用，大幅提升了人們的生活質量。然而，這些資源並非取之不盡、用之不竭。在樂享生活便利的同時，我們也要意識到：地球自然資源的快速耗竭、生態破壞，以及環境汙染引起的全球變暖等危害正在發生。為此，循環綠色利用地球資源，是人類未來的必然選擇。
其中，利用核能發電是人類20世紀能源革命中的重大成就之一。事實證明，核電是一種安全、經濟、高效、低碳的能源，其對傳統化石能源的替代有效降低了溫室氣體及煙塵等有害物質的排放，綠色環保。然而，核電中的
核燃料——天然鈾資源也有耗盡的一天。而且我國鈾礦資源不甚豐富，現已探明的儲量居世界10名之後。
為破解這一難題，
核燃料再循環成為充分利用有限鈾資源，實現核能供給最大化的重要途徑。目前，法國、英國、日本等都在使用核燃料再循環，我國也採取了這種後處理手段。其中，全球最大的商用後處理運營商是法國的歐安諾（Orano）集團，每年可處理約1700噸乏燃料，相當於再次供應了約6000億千瓦時的電量。法國還將回收的鈾與鈽轉化為氧化物製造成鈾鈽混合氧化物燃料（MOX），在比利時、德國等地的35個
核電站中使用。事實證明，MOX燃料的性能令人滿意。
以目前普遍採用的壓水堆核電站為例，當核燃料在核電廠受到中子照射即「燃燒」時，其中的鈾-235會誘發「鏈式反應」，放出巨大能量。但隨著鈾-235被逐漸消耗，並產生裂變產物（如鍶-90）以及超鈾元素（如錼-237），這些成分的改變影響了核燃料的反應性與能量的產生，因此，核電廠必須不定期更換新的燃料，以維持電量穩定供應。雖然這些換下來的，經中子照射的核燃料被稱為「乏燃料」，其實它並不貧乏，仍含有約三分之一的鈾-235，並能產生可裂變的鈽-239。而核燃料再循環就是通過後處理技術，將乏燃料中可再利用的鈾與鈽提取出來，加工成新的核燃料供核電廠使用。
在乏燃料的後處理中，首先要切割燃料，將燃料芯塊從燃料包殼中取出來，並將芯體溶解。然後，採用有機溶劑萃取分離出鈾與鈽——這就是目前普遍採用的普雷格斯流程水法後處理工藝。後處理回收的鈾和鈽，可以分別用來製造鈾、鈽或MOX燃料，返回反應堆中再利用，實現核燃料再循環。據計算，通過再循環可使鈾資源的利用率提升近40%，並節省了鈾資源採礦需求。
可以看出，核燃料再循環可以提高資源利用率，減少天然鈾的需求，是鈾資源循環的一種有效嘗試和運用。特別是在當前鈾資源較貧乏的我國，這一舉措可以又好又快地實現核電發展計劃，支撐構建清潔低碳、安全高效的能源體系。
（作者石磊系中國核科技信息與經濟研究院工程師，劉洪軍系助理工程師）