引言

　　2011年1月3日及以后的几天里，国内各大媒体以很大的篇幅报道了我国乏燃料后处理中试厂热调试成功的新闻，并将此解读为“中国核技术大突破，铀利用率猛增60倍，中国铀资源够用3000年”。

　　使这一新闻在国内外引起了强烈反响，海内外出现了各种各样的评论。

　　为此，有必要就后处理、快堆及整个核燃料循环情况做一个介绍和说明。

　　一、经过核工业战线的艰苦努力，我国在后处理和快堆方面取得了重大技术进步

　　经过20多年来的不懈努力，我国自主设计和建设的动力堆乏燃料后处理中试厂经历了许多曲折与磨难（包括一些非技术因素），我国核科技人员克服了一个又一个困难，终于取得了今天热调试的成功，这确实是一次重要的技术突破，标志着我国已初步掌握了动力堆（热堆）乏燃料后处理技术。无疑这极大地鼓舞了国内后处理技术研发队伍的士气，参与中试工程的几个单位的全体同志所取得的这一重要技术进步值得庆贺，他们奋发图强、艰苦奋斗的创业精神值得弘扬。

　　但是，在充分肯定我们取得了重要进展的同时，必须清醒地认识到，热试成功之后，我国在后处理方面依旧面临着一系列任务：（1）中试厂的运行及取得经验数据；（2）设计、建造热堆乏燃料商用后处理厂；（3）研发并设计、建造快堆乏燃料后处理厂。还必须指出，后处理仅是核燃料闭式循环工业体系的一个环节。尽管后面还有很多工作要做，但中试厂热试成功确是我国动力堆乏燃料后处理从无到有、非常重要的一个突破。

　　中国实验快堆是国家863计划重大项目，并于2006年列入了国家中长期发展规划。中国实验快堆于2010年7月实现首次临界，这是我国核科技工作者经过20多年的努力取得的又一个重大技术突破，是我国快堆技术发展进程中的一个重大进展。我国是继美、俄、法、英、日本、印度、德国等7个国家后第8个建成快堆的国家。在国内外引起重大反响，入选由557名院士评选的2010年十大科技进展，入选2010年度国防科技工业十大新闻。

　　中国实验快堆建成临界，实现了当初设定的“建立装置、掌握技术、培养人才、开展实验”的目标，为下一步快堆技术开发、快堆实用化推广以及闭式燃料循环体系建立打下了坚实的基础，目前中国原子能科学研究院正在国家科技部、国防科工局、国家能源局以及中核集团的领导下开展进一步研发工作。

　　但是，这仅仅是我国快堆发展的第一步，从技术研发来讲，快堆技术的发展也是分阶段进行的。首先是基础研究，然后是实验堆、原型堆、示范堆、商用堆，逐步从科研到工程再到商用推广。从世界范围来看，现有技术已走到示范堆阶段。对于后发国家来说，可以在自身积累和借鉴国际经验的基础上，实现跨越式发展。

　　所以，对于各种不同的声音，我们首先必须充分肯定后处理和快堆技术已取得的重要突破，赞扬我国广大核科技人员无私奉献的精神；其次，在对后处理技术突破的宣传上有些细节欠严谨，从而引起了大家的一些误解，对此应予以纠正。但在纠正时，不应走极端，甚至全盘否定我们多年的研究成果，否定我国经过多年科学论证确定的国家核能发展战略。

　　二、只有建立快堆核燃料循环体系，才能充分利用铀资源、确保我国核能可持续发展

　　如前所述，后处理仅是核燃料闭式循环中的一个环节。

　　实现核裂变能可持续发展的两大先决条件是铀资源的充分利用和核废物的最少化。地球上已探明的常规铀资源（一般指品位高于0.1％的铀矿）储量不到500万吨。按全世界正在运行的430余座核电站目前的燃料使用水平（６—７万吨天然铀／年），如果采用核燃料一次通过的循环方式，地球上的铀储量仅可供使用70年左右，其铀资源的利用率不到１％。核燃料一次通过循环方式的另一个问题是，将约占4%的乏燃料中的废物（裂变产物和次锕系元素）与占96%的有用资源（铀、钚等）一起直接进行地质处置，除了浪费资源，还将大大增加需要地质处置废物体积。即使按照全世界目前的核电站乏燃料卸出量（约1万吨/年）估算，“一次通过”循环方式需要全世界每6—7年就建造一座规模相当于美国尤卡山库（设计库容7万吨）的地质处置库。只要全世界核电装机容量增加1倍，则就需每3—4年左右建设一座地质处置库，这显然是难以承受的负担。而且，乏燃料中包含了所有放射性核素发热源，单位体积废物所需的处置空间大。由于乏燃料中包含了所有的放射性核素，其长期放射性毒性很高，要在处置过程中衰变到天然铀矿的放射性水平，将需要10万年以上，如此漫长的时间尺度带来诸多不可预见的不确定因素。所以，“一次通过”方式对环境安全的长期威胁极大。

　　只有通过核燃料的闭式循环，才能提高铀资源的利用率，减少高放废物体积。这其中快堆和后处理两个环节最为关键。快堆可以利用其中子能谱比较硬的特点，将铀238转换成钚239，同时将长寿命次量锕系元素进行嬗变。后处理可以将乏燃料中的铀、钚、次量锕系元素和裂变产物分开，从而加以分别利用和处置。目前，国际上主要核能国家（如法、英、俄、日、印、中）均选择核燃料闭式循环的技术路线。热堆核电站乏燃料经后处理提取的铀和钚，如果返回热堆中循环使用，则铀资源的利用率仅能比原有利用率有少许提高，核废物的体积和毒性分别降低约4倍；如果在快堆中多次循环使用，则铀资源利用率总体可提高至60%，核废物的体积和毒性可降低1—2个数量级。这意味着，采用快堆技术及其相应的先进核燃料闭式循环，可以使地球上低开采成本的铀资源利用几千年，并有利于实现废物最少化和废物安全地质处置。由此可见，热堆闭式循环还不足以实现核裂变能可持续发展，只有通过快堆及其燃料闭式循环（或快堆核能系统）才能实现核裂变能可持续发展。因此，我国核裂变能走压水堆-快堆的发展战略和选择核燃料闭式循环的技术路线是完全正确的。

　　快堆核燃料闭式循环（或核燃料循环后段）的起点是热堆乏燃料后处理，分离出的钚制成快堆燃料（MOX燃料或金属燃料），供快堆燃烧并增殖燃料，快堆乏燃料再进行后处理/再循环，如图所示。

　快堆核燃料闭式循环示意图

　　由此可见，“铀资源使用3000年”是全世界核能界为之奋斗的长远目标，实现这一目标可能需要多年的不懈努力。据初步计算，欲使铀资源利用率提高60倍，快堆闭式循环（快堆燃料制造-快堆运行-快堆乏燃料后处理）的次数为12—18次。但快堆燃料循环的前几次效果更好，例如，经过头3—4次循环，铀资源利用率即可提高20倍。

　　目前，快堆核燃料闭式循环在世界上尚未实现商业化，但各主要核能国家均宣布了快堆核能系统商用化的时间表，分别为：印度，2020年；俄罗斯，2020年—2025年；法国，2040年；日本，2050年。

　　我国人口众多，能源需求和消费的快速增长对资源和环境形成了巨大的压力。我国必须根据自己国情加快推进我国快堆商用化步骤。根据中核集团的研究，我国应该在2030年前实现快堆商用化，以满足我国核能可持续、大规模发展的需要。

　　由此可以看出，核能是清洁能源，但要充分利用铀资源、极大地减少废物量、实现核能的可持续发展，必须建立核燃料循环体系，特别是快堆核燃料循环体系。

　　随着人口的增长和国民经济的发展，能源愈来愈成为世界各国一个必须面对的重要问题。寻找清洁、安全、可持续的能源是全人类的共同心愿。在2010年哥本哈根会议上，温家宝总理也代表中国政府郑重承诺到2020年，单位GDP的二氧化碳排放量要减低40%—45%。核能由于其运行过程中几乎不排放二氧化碳，被赋予减排的厚望。世界各有核国家都制定了核能发展规划。由于快堆能够极大地提高铀资源利用率，因此建设快堆核燃料循环体系对于确保核能可持续发展，从而保证能源安全意义重大。正因为如此，国际上推荐的第四代先进核能系统中把快堆作为主力堆型来发展，美、俄、法、印、日等国均制定了明确的快堆核燃料循环系统发展计划。

　　因此我国必须有步骤、扎实推进我国快堆核燃料循环体系的建设。

　　目前国际上快堆燃料循环系统的研究开发虽未达到商用水平，但已积累了不少经验。各主要核国家均掌握了热堆乏燃料水法后处理技术，法国等掌握了先进的MOX燃料制造技术，美国掌握了快堆金属燃料制造技术，美国和俄罗斯在快堆乏燃料干法后处理方面处于领先地位。值得注意的是，印度快堆核能系统领先于我：印度的实验快堆于1985年临界，中国实验快堆于2010年临界；印度于2004年开始建造的50万千瓦电功率原型快堆将于2012年建成，我国拟自主设计的示范快堆项目尚未立项；印度已拥有3座小型热堆乏燃料后处理厂，我国的第一座大型热堆乏燃料后处理厂尚在拟议之中；印度于2005年在世界上率先完成了快堆乏燃料的水法后处理热实验，我国快堆乏燃料后处理技术研究刚刚起步；印度具备了快堆MOX燃料制造能力，并可为即将建成的原型快堆提供燃料，我国尚未掌握快堆MOX燃料制造技术；印度自主建成了3座高放废液玻璃固化厂，我国尚不具备玻璃固化建厂能力，被迫从德国进口。

　　我国在核能领域关键技术落后于世界先进水平的严酷现实表明，要想使我国从“核能大国”转变成“核能强国”，我们必须按照中央领导所作的一系列重要批示精神，急起直追往前赶，脚踏实地地攻克先进核能系统中每个环节的技术难关。

　　我国在快堆核能系统的研究开发方面，首先应制定快堆核能系统研究发展战略，确定总体目标和分阶段实施目标。快堆循环技术的研究开发是一项投资巨大、耗时较长的极为复杂的系统工程，我国的快堆核能系统技术不应像以往那样与核燃料循环脱钩而孤立地发展，应借鉴日、印等国的经验，做好快堆核能系统的顶层设计，将快堆、乏燃料后处理、MOX燃料制备等技术进行一体化系统策划，在国家统一规划、总体布局之下，使我国快堆核能系统的各个环节得以同步协调发展。争取用最短的时间实现各个环节的商用化技术突破，逐步形成我国快堆核能产业，从而解决我国核裂变能可持续发展的后顾之忧。

　　今后5—10年内我国核燃料循环后段工业体系的关键任务，是以中国实验快堆、后处理中试厂和MOX燃料实验生产线为实验平台，尽快将后处理中试厂产出的钚制成MOX燃料，为实验快堆提供燃料，初步打通闭式燃料循环之路。与此同时，应抓紧商用示范快堆重大专项、后处理大厂、MOX燃料制造厂的立项与实施进程，为我国快堆核能系统的产业发展迈出坚实一步。  （中国原子能科学研究院  顾忠茂）

     [科技日报]