乏燃料的處理方式有哪些?
最近,連雲港群眾強烈抵觸中法核循環項目,擔憂乏燃料處理不當給當地帶來永久性傷害。顧名思義,核循環指的是循環利用核燃料,對乏燃料進行提純後重新利用其有效成分——鈾-235(核裂變元素)的過程,而乏燃料的處理屬於核循環的最後一個步驟。
乏燃料[1]指的是在核反應堆中經中子轟炸發生核反應後,燃耗深度已達到設計卸料燃耗,從堆中卸出且不再在該反應堆中使用的核燃料組件中的核燃料。由上述定義可知,核燃料在反應堆中只反應一部分,便需要更換新的燃料(利用率甚至低至1%),其中含有大量未反應完的鈾-235以及反應生成的鈈-239(核武器材料)等具有高度使用價值的放射性元素。因此,各國往往將其中的鈾、鈈萃取出來,再對剩餘的廢料進行處理。乏燃料部分元素的半衰期可達幾十萬年,目前,各國主要採取兩種方式處理乏燃料。
第一種方式是一次性通過長期處置,亦稱開式燃料循環,與垃圾直接填埋相似,多用於美國、加拿大、北歐國家。首先將乏燃料進行溶解、液化,將其與玻璃、水泥一起進行固化,科學家們尋找地質條件合適的地下深井(一般是鹽礦或人工挖掘的井),將廢料儲存至地下3~5千米處。此法成本低、簡單,但後患無窮(自然災害、恐怖襲擊等)。
左圖:我國核燃料閉式循環發展途徑,右圖:完整核燃料循環產業
另一種方式是閉式燃料循環,多用於法國、日本、中國、俄羅斯等國家。通過質子轟擊的方式對乏燃料進行再反應,將幾十萬年半衰期的元素核裂變成半衰期為幾百年的化學元素,再送到設計壽命較長的儲存設施進行存放,那麼後續的處理只需要考慮幾百年的時間維度。此法成本較高、步驟複雜、法國的技術比較成熟,即便如此,目前的技術尚未能夠完全保證裂變後產生的物質。
當然,還有一種折中的方式,將乏燃料暫時儲存起來,待日後的閉式循環技術成熟後再進行處理。
所以應該以科學理性的態度看待中法核循環項目,切忌逢「核」必反。
參考文獻:國外乏燃料後處理概況,劉華,中國工程物理研究院科技信息中心,四川 綿陽,621900.
注:
1. 核燃料(鈾-235)的放射性很低(甚至可以直接接觸),但乏燃料具有高放射性,對人體的傷害巨大.
2. 乏燃料主要含有以下元素:鈾-235、鈾-238、釷-232、鈈-239、鎿 、鍶、銫等.
3. 在人們尚未意識到乏燃料具有高發射性的年代,英國曾直接將其排放在英吉利海峽中.
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