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核廢物可以是資產(chǎn)而非負(fù)擔(dān)

2024-04-29 21:38:59
輻射防護(hù) 2024年1期
關(guān)鍵詞:快中子核燃料原子能

要讓核電廠產(chǎn)生的高放核廢物能夠推動(dòng)能源部門的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,該怎么辦? 在閉式燃料循環(huán)中運(yùn)行的快中子反應(yīng)堆可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

快中子反應(yīng)堆使用未被水等慢化劑減慢的中子來(lái)維持裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),與現(xiàn)有的核反應(yīng)堆相比具有一定的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)在再循環(huán)利用核燃料的全閉式燃料循環(huán)中運(yùn)行時(shí),快中子反應(yīng)堆有可能從相同數(shù)量的天然鈾中提取比核反應(yīng)堆多60~ 70 倍的能量,從而顯著減少高放廢物數(shù)量。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)副總干事兼核能司司長(zhǎng)米哈伊爾·丘達(dá)科夫說(shuō):“在閉式燃料循環(huán)中使用快堆時(shí),1 kg 核廢物可以多次循環(huán)利用,直到鈾全部用完,錒系元素(其放射性可保持?jǐn)?shù)千年)被燒盡。然后剩下的是大約30 g 的廢物,這些廢物將在200 到300 年內(nèi)具有放射性?!?/p>

快堆是核能早期部署的首批技術(shù)之一,當(dāng)時(shí)鈾資源被視為稀缺資源。然而,隨著技術(shù)和材料方面的挑戰(zhàn)阻礙了發(fā)展,并且新的鈾礦藏被發(fā)現(xiàn),輕水堆成為行業(yè)主要發(fā)展堆型。然而,一些國(guó)家正在努力推進(jìn)快堆技術(shù),包括小型模塊堆和微型反應(yīng)堆。

目前有五座快堆正在運(yùn)行:俄羅斯聯(lián)邦的兩座在運(yùn)反應(yīng)堆(BN-600 和 BN-800)和一座試驗(yàn)快堆(BOR-60)、印度的快增殖試驗(yàn)堆和中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆。歐盟、日本、美國(guó)、英國(guó)和其他國(guó)家都在開(kāi)展針對(duì)各種目標(biāo)和功能的快堆項(xiàng)目,包括小型模塊堆和微型反應(yīng)堆。

對(duì)于一些國(guó)家來(lái)說(shuō),在全閉式燃料循環(huán)中運(yùn)行快堆被視為確保核能長(zhǎng)期可持續(xù)性的途徑。

正在塞韋爾斯克建設(shè)的俄羅斯試點(diǎn)示范能源綜合體匯集了一座鉛冷BREST-OD-300 快堆、一座燃料制造和再制造廠以及一座鈾-钚混合乏燃料后處理廠。此外,還將建造一座深層地質(zhì)廢物處置庫(kù)。這個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目的重要性不僅在于展示能夠進(jìn)行新燃料的制造、輻照和再循環(huán),而且在于展示所有這些工作在同一個(gè)場(chǎng)址完成。

“將整個(gè)閉式燃料循環(huán)過(guò)程設(shè)在同一個(gè)場(chǎng)址,有利于核安全、核安保和核保障。”原子能機(jī)構(gòu)核燃料循環(huán)技術(shù)負(fù)責(zé)人Amparo Gonzalez Espartero 說(shuō),“這在經(jīng)濟(jì)上也更有意義,因?yàn)楹藦U物和核材料不需要像目前在一些國(guó)家那樣在不同地點(diǎn)之間轉(zhuǎn)運(yùn),從而最大限度地減少了運(yùn)輸和后勤挑戰(zhàn)?!?/p>

運(yùn)行任何規(guī)模的閉式燃料循環(huán)都需要快堆以及用于后處理和再循環(huán)的基礎(chǔ)設(shè)施。除其他原因外,經(jīng)濟(jì)和保障因素使得不是每個(gè)國(guó)家都能擁有后處理設(shè)施。為了降低成本,后處理設(shè)施可向其他國(guó)家提供服務(wù),或者各國(guó)可共享設(shè)施。

俄羅斯還計(jì)劃在2035 年之后部署下一代1 200 MW(電) 快堆,作為與輕水堆并存的自維持系統(tǒng)的一部分。借助快堆,核反應(yīng)堆的乏燃料將被后處理和再利用,最終產(chǎn)生的廢物比常規(guī)核燃料循環(huán)的廢物小十倍。

其他國(guó)家也在推進(jìn)相關(guān)項(xiàng)目。中國(guó)正在福建省霞浦縣建造兩座鈉冷快堆(CFR-600)。第一臺(tái)機(jī)組正在調(diào)試中,預(yù)計(jì)將于2024 年并網(wǎng)。美國(guó)由微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨支持的快堆項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)中;盡管美國(guó)正在重新努力研究閉式核燃料循環(huán),并利用現(xiàn)有核廢物開(kāi)發(fā)自己的燃料供應(yīng),但該項(xiàng)目不會(huì)在閉式燃料循環(huán)中運(yùn)行。在歐洲,比利時(shí)MYRRHA 項(xiàng)目旨在到2036 年建造一個(gè)鉛鉍冷卻加速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),以測(cè)試其作為未來(lái)全閉式燃料循環(huán)的一部分分解次錒系元素的能力。

“ 各國(guó)正越來(lái)越多地關(guān)注如何再循環(huán)利用乏核燃料等資源,以清潔方式為本國(guó)經(jīng)濟(jì)提供動(dòng)力。”原子能機(jī)構(gòu)快堆技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Vladimir Kriventsev 說(shuō),“目前,材料科學(xué)、反應(yīng)堆物理和工程方面的技術(shù)創(chuàng)新改善了設(shè)計(jì),增強(qiáng)了安全性能,降低了建造和運(yùn)行成本,從而提高了快堆核電廠的經(jīng)濟(jì)性。”

原子能機(jī)構(gòu)通過(guò)協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目、技術(shù)出版物、技術(shù)工作組和會(huì)議,在支持快堆的開(kāi)發(fā)和部署中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。原子能機(jī)構(gòu)“核反應(yīng)堆和燃料循環(huán)革新型國(guó)際項(xiàng)目”還通過(guò)支持各國(guó)的規(guī)劃與合作,助力推進(jìn)快堆和相關(guān)核燃料循環(huán)的發(fā)展。

(來(lái)源:IAEA 網(wǎng)站)

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