（原標題：科普｜從核電站裡卸出的放射性核廢料，是如何進行核循環的？）
    
乏燃料水池。
    一座百萬千瓦的火電廠，每年要燒掉約330萬噸煤，同樣裝機容量的核電站，一年只用30噸核燃料。但是，與燃煤後僅留下一堆廢煤渣不同，從核反應堆中卸出的乏核燃料處理起來要複雜得多。乏核燃料中包含有大量的放射性元素，後續若不加妥善處理，會影響環境、生態及人類健康。
    從堆內卸出的核燃料由於鈾含量降低，無法繼續維持核反應，被稱為「乏燃料」。乏燃料雖「乏」，卻仍有大量寶貝。將其中高達96%左右未經燃燒的鈾和新產生的核燃料提取出來，就能重新製成新的燃料元件，投入核反應堆循環使用。
    別小看了這類被回收再利用的核燃料，它為全球第二大核電國家法國貢獻了17%的電力。58臺運行中的核電機組，分布在法國55萬平方公裡國土之上，為其提供了高達75%的電力。中國目前的在運核電機組數約為法國的六成，但在調整能源結構和應對氣候變化面前，中國擁有更龐大的核電發展計劃。到2020年，中國核電機組數量將達到90餘臺，超過法國成為全球第二大核電國家。
    但中國的乏燃料後處理體系，還未做好準備。
    環境保護部核與輻射安全中心2016年6月發表的《全球乏燃料後處理現狀與分析》論文稱，全世界都不得不面對這樣一個事實，核電站卸出的乏燃料數量在增長，大部分核電站的在堆貯存水池容量已經超負荷（在送至後處理廠前，乏燃料通常先暫存在核電廠自建的硼水池內若干年），全球正面臨如何解決乏燃料的去向問題。中國核電迅速發展，可以預測，乏燃料安全處置問題將要出現。未雨綢繆，完善後處理產業機制，讓乏燃料後處理在核能發展中變廢為寶、變廢為少，刻不容緩。
    乏燃料中榨「鈾」
    根據放射性程度不同，核廢料可分為高水平放射性廢料和中、低水平放射性廢物。從核反應堆中卸出的乏燃料本身具有極強的放射性，因此必須經過特殊環節的後續處理，一方面提取有用物質，另一方面降低廢物的長期放射性毒性。
    以百萬千瓦壓水堆核電站為例，每年產生的乏燃料為25噸至30噸。乏燃料中有大量的放射性元素，毒性大、半衰期長，要在地質處置過程中衰變到天然鈾礦水平需10萬年以上，但經過後處理等環節後，其放射性攝入毒性降到天然鈾輻射水平的時間可減至千年以下，有效地降低了乏燃料的長期放射性毒性。
    除了乏燃料之外，高水平放射性的核廢料還包括經處理後的含有大量裂變產物和超鈾核素的廢物。核電站的汙染設備、運行時的水化系統、交換樹脂、廢水廢液和手套等勞保用品，則屬於中、低放廢料。
    對中、低放廢物，中國已經有了較為成熟的處置技術，不論是固體核廢料還是液體核廢料，都先進行固化處理，然後裝進200升的不鏽鋼桶，放在近地表的處置庫。目前，中國已建成了兩個中、低放廢物處置場，分別位於甘肅玉門和廣東大亞灣附近的北龍。
    目前國際上通行的核燃料循環路線有兩種：一種是以美國為代表的「一次通過」開放核燃料循環方式，乏燃料經過冷卻、包裝後，作為放射性廢物直接送到深地質層處置或長期貯存。中國、英國、法國等採取的則是閉式核燃料循環，乏燃料從反應堆中更換出來後，一般先暫存在核電廠自建的硼水池內，水可以吸收其大量的殘餘熱量，大約貯存10年後，運送至後處理廠進行後處理。
    在後處理環節，像鉗子一樣的機械手會輕鬆抓取乏燃料，然後放到剪切機裡自動剪切成小塊，扔進酸裡溶解，其中有用的鈾和鈽被提取出來重新作為燃料循環使用，剩下的廢液交由玻璃固化廠進行固化，再裝進特製的廢物罐中，運送到永久性處置場封存。也就是說，後處理過程使得核廢料的規模大大壓縮了。與此同時，這個過程可去掉長壽命放射性核素，降低廢物長期毒性，鈾資源的利用率也大為提升。
    中國並非富鈾國家。據國際原子能機構（IAEA）估計，中國有120萬至170萬噸潛在鈾資源，目前探明鈾資源儲量約17萬噸。隨著核電機組的增加，中國對鈾資源的需求也越來越大，僅靠市場採購難以滿足需求。中核集團地礦事業部統計數據顯示，到2020年，中國預計將出現高達2600噸的天然鈾供應缺口，到2030年，這一數值將攀升至10900噸。提高鈾資源利用率的意義，不言而喻。
    通常來講，壓水堆核電站鈾資源的利用率僅為0.6%左右，如果對乏燃料進行後處理，用「榨」出來的鈾在壓水中再循環一次，可節省天然鈾25%；若如此多次循環，則鈾資源的利用率可以達到1%；若將後處理得到的鈽與鈾富集後剩下的貧鈾製成快堆燃料，則鈾資源的利用率可以達到60%到70%。
    
最薄弱的環節    對於後處理的建設，一位日本專家曾打過這樣的比喻：現在很多國家都在建核電站，就好像吃東西一樣，大家現在都吃最好的一段，但是對乏燃料後處理考慮不夠，這樣發展下去的話核電將不能可持續發展。
    據《全球乏燃料後處理現狀與分析》，全國已掌握乏燃料後處理技術的國家有9個：法國、俄羅斯、英國、印度、日本、美國、比利時、德國、中國。其中，法國、英國、印度和俄羅斯正在運營商用後處理廠。
    資料顯示，過去30年裡，美國運行有100多個核反應堆用於發電，目前美國核電站產生的乏燃料共有45000噸，並且正以每年2000噸的速度增加。德國核電站、實驗室及醫學機構每年產生20萬立方米放射性廢物。與美德等國相比，中國的乏燃料處理和處置似乎還沒有到「最危險的時候」。
    但隨著核電機組的陸續建成和投運，中國乏燃料的產生量和累積量將呈逐年上升趨勢。對於核電在建規模穩居世界第一的中國而言，這種核電站建設與後處理發展之間的脫鉤情形將日益突出。相關資料顯示，按照中國目前的核電發展規模和速度測算，到2020年將累積產生乏燃料7500-10000噸，2030年將達到20000-25000噸。
    然而，中國尚未建成商用大型乏燃料後處理廠，國內首座、同時也是惟一一座乏燃料後處理中間試驗工廠建在位於甘肅的中核404廠區內（404廠為中國最早的核工業基地之一），該中試工程年處理能力遠遠不能滿足中國乏核燃料後處理的需求。乏燃料後處理/再循環已然成為中國核燃料循環中最薄弱的環節。
    全球第二的在役核電規模，造就了法國發達的核循環工業。法國擁有世界上規模最大、工藝最成熟、技術最先進的商業乏燃料後處理及再循環工業。其阿格後處理廠是法國乃至世界上規模最大、技術最先進、工藝最成熟的商業輕水堆乏燃料後處理基地，兩個車間的總處理能力約為1700噸/年，若滿負荷運行，可承擔90~100臺百萬千瓦級核電機組每年產生的乏燃料的後處理任務。阿格後處理廠不僅為法國本土所用，還為西班牙、瑞典等國提供服務。
    美國雖出於防核擴散原因停止了商業後處理活動，但從未停止過後處理技術的研發。
    印度在上世紀50年代就開始後處理技術的研究，是繼英、法、俄羅斯之後第四個運行商業後處理廠的國家，其釷燃料閉式循環路線與快堆乏燃料後處理技術均處於較先進水平。
    中國的商用後處理大廠建設之所以緊迫，不僅是出於巨大的現實需求，從長遠看，還源自中國核電發展「壓水堆-快堆-聚變堆」三步走發展戰略。
    如果將目前商業運行中的壓水堆稱為 「今天」的核電技術，快堆則是「明日核能」，有「人造太陽」之稱的聚變堆，則是「後天」核能技術。代表了第四代核能技術發展方向的快堆，鈾資源利用率更高、放射性廢物更少、安全性更高。但其所使用的燃料，首先必須要從壓水堆乏燃料中提取而得。因此，沒有後處理大廠，快堆將成為一座「孤島」，將面臨「無米之炊」的尷尬。
    「在快堆核能系統中，快堆好比心臟，核燃料循環好比動脈。」中國原子能科學研究院科技委原副主任顧忠茂曾表示，「如果後處理的能力上不去，那麼快堆的規模也就上不去。」
    後處理大廠的設計與建設是一項難度很大的複雜系統工程，時間跨度達15年甚至更久。未雨綢繆，建設與中長期核能發展規劃相匹配的後處理/再循環項目，刻不容緩。
    法國阿格核循環廠：年輻射劑量相當於自然輻射量的百分之一
    形勢迫切。中國的自主開發與引進國外先進後處理廠技術正在同步推進。
    上述中核404後處理中試廠，於2010年12月21日取得熱調試成功，標誌著中國已掌握了動力堆乏燃料後處理技術。從某種意義上而言，中核404中試廠的熱調試成功也提高了中國在引進國外後處理技術時的議價能力，增加了談判籌碼。
    另一方面，2004年開始，中國就在尋找通過國際合作以解決核循環技術問題的可能性。2005年，中法兩國就建設中國大型商用乏燃料後處理廠進行了初步交流和洽談。
    2013年，中核集團與世界核燃料循環後端的龍頭企業、法國阿海琺集團籤署了大型商業後處理-再循環工廠項目合作意向書。2014年3月，在中法兩國領導人的見證下，中核集團與阿海琺集團籤署關於後處理再循環長期合作諒解備忘錄。該項目將採用國際先進後處理再循環技術進行建設，預計2030年正式投入運行。屆時，中國將具備年800噸乏燃料後處理能力。
    中國的核循環項目將參考法國阿格核循環廠，由阿海琺集團承擔總體技術責任、中核集團負責建設，總佔地3平方公裡，由國家專項基金投資。阿格核循環廠多年監測的數據表明，該工廠給產業園區附近的公眾帶來的輻射劑量為0.03 毫西弗/年（mSv/a）。
    這是什麼概念呢？中國天然本底輻射劑量約為3.1毫西弗/年，是上述阿格核循環廠年輻射劑量的100倍。一次乘飛機飛越大西洋的輻射劑量約為0.02毫西弗，一次醫療CT輻射劑量為10毫西弗。
    據介紹，為了保證工廠周圍區域的土壤、地表水和空氣中的放射性水平低於限值，中國核循環項目按照法律法規要求將所有放射性廢物進行集中管理和處置。
    從核電站到後處理廠，乏燃料的運輸有一套嚴密的體系，按照《放射性物品運輸安全管理條例》有相關的規定，運輸之前需要報批，需對於路線、時間、物品的質量、應急措施等提出非常明確的計劃。
    除了循環廠選址和設計本身的安全保障外，「核循環項目在運行期間，還將對廠區的空氣、水、土壤、植被以及鄰近的海水、海生物、沉積物等進行輻射監測。由於採取了許多安全防護措施，加上後處理廠屬於高度自動化及遠距離操作，其工作人員的操作環境會十分良好，所受輻射劑量很低。例如英國THORP後處理廠，它的員工一年所受的職業照射，僅相當於乘坐一次從倫敦到東京的飛機在空中所受輻照。擁有兩座大型廠的法國阿格中心，其氣、液態流出物的放射性釋放，多年來一直在當局批准的排放標準限值之下，公眾所受輻照劑量僅為規定允許值的2%。」前中國核工業總公司核燃料局副總工、國際原子能機構核燃料循環方案國際工作組及乏燃料處理國際顧問組專家蔣雲清此前介紹稱。