引言
2011年1月3日及以后的幾天里，國內(nèi)各大媒體以很大的篇幅報道了我國乏燃料后處理中試廠熱調(diào)試成功的新聞，并將此解讀為“中國核技術(shù)大突破，鈾利用率猛增60倍，中國鈾資源夠用3000年”。
使這一新聞在國內(nèi)外引起了強(qiáng)烈反響，海內(nèi)外出現(xiàn)了各種各樣的評論。
為此，有必要就后處理、快堆及整個核燃料循環(huán)情況做一個介紹和說明。
一、經(jīng)過核工業(yè)戰(zhàn)線的艱苦努力，我國在后處理和快堆方面取得了重大技術(shù)進(jìn)步
經(jīng)過20多年來的不懈努力，我國自主設(shè)計和建設(shè)的動力堆乏燃料后處理中試廠經(jīng)歷了許多曲折與磨難（包括一些非技術(shù)因素），我國核科技人員克服了一個又一個困難，終于取得了今天熱調(diào)試的成功，這確實(shí)是一次重要的技術(shù)突破，標(biāo)志著我國已初步掌握了動力堆（熱堆）乏燃料后處理技術(shù)。無疑這極大地鼓舞了國內(nèi)后處理技術(shù)研發(fā)隊伍的士氣，參與中試工程的幾個單位的全體同志所取得的這一重要技術(shù)進(jìn)步值得慶賀，他們奮發(fā)圖強(qiáng)、艱苦奮斗的創(chuàng)業(yè)精神值得弘揚(yáng)。
但是，在充分肯定我們?nèi)〉昧酥匾M(jìn)展的同時，必須清醒地認(rèn)識到，熱試成功之后，我國在后處理方面依舊面臨著一系列任務(wù)：（1）中試廠的運(yùn)行及取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（2）設(shè)計、建造熱堆乏燃料商用后處理廠；（3）研發(fā)并設(shè)計、建造快堆乏燃料后處理廠。還必須指出，后處理僅是核燃料閉式循環(huán)工業(yè)體系的一個環(huán)節(jié)。盡管后面還有很多工作要做，但中試廠熱試成功確是我國動力堆乏燃料后處理從無到有、非常重要的一個突破。
中國實(shí)驗(yàn)快堆是國家863計劃重大項(xiàng)目，并于2006年列入了國家中長期發(fā)展規(guī)劃。中國實(shí)驗(yàn)快堆于2010年7月實(shí)現(xiàn)首次臨界，這是我國核科技工作者經(jīng)過20多年的努力取得的又一個重大技術(shù)突破，是我國快堆技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一個重大進(jìn)展。我國是繼美、俄、法、英、日本、印度、德國等7個國家后第8個建成快堆的國家。在國內(nèi)外引起重大反響，入選由557名院士評選的2010年十大科技進(jìn)展，入選2010年度國防科技工業(yè)十大新聞。
中國實(shí)驗(yàn)快堆建成臨界，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初設(shè)定的“建立裝置、掌握技術(shù)、培養(yǎng)人才、開展實(shí)驗(yàn)”的目標(biāo)，為下一步快堆技術(shù)開發(fā)、快堆實(shí)用化推廣以及閉式燃料循環(huán)體系建立打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)，目前中國原子能科學(xué)研究院正在國家科技部、國防科工局、國家能源局以及中核集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)下開展進(jìn)一步研發(fā)工作。
但是，這僅僅是我國快堆發(fā)展的第一步，從技術(shù)研發(fā)來講，快堆技術(shù)的發(fā)展也是分階段進(jìn)行的。首先是基礎(chǔ)研究，然后是實(shí)驗(yàn)堆、原型堆、示范堆、商用堆，逐步從科研到工程再到商用推廣。從世界范圍來看，現(xiàn)有技術(shù)已走到示范堆階段。對于后發(fā)國家來說，可以在自身積累和借鑒國際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
所以，對于各種不同的聲音，我們首先必須充分肯定后處理和快堆技術(shù)已取得的重要突破，贊揚(yáng)我國廣大核科技人員無私奉獻(xiàn)的精神；其次，在對后處理技術(shù)突破的宣傳上有些細(xì)節(jié)欠嚴(yán)謹(jǐn)，從而引起了大家的一些誤解，對此應(yīng)予以糾正。但在糾正時，不應(yīng)走極端，甚至全盤否定我們多年的研究成果，否定我國經(jīng)過多年科學(xué)論證確定的國家核能發(fā)展戰(zhàn)略。
二、只有建立快堆核燃料循環(huán)體系，才能充分利用鈾資源、確保我國核能可持續(xù)發(fā)展
如前所述，后處理僅是核燃料閉式循環(huán)中的一個環(huán)節(jié)。
實(shí)現(xiàn)核裂變能可持續(xù)發(fā)展的兩大先決條件是鈾資源的充分利用和核廢物的最少化。地球上已探明的常規(guī)鈾資源（一般指品位高于0.1％的鈾礦）儲量不到500萬噸。按全世界正在運(yùn)行的430余座核電站目前的燃料使用水平（６—７萬噸天然鈾／年），如果采用核燃料一次通過的循環(huán)方式，地球上的鈾儲量僅可供使用70年左右，其鈾資源的利用率不到１％。核燃料一次通過循環(huán)方式的另一個問題是，將約占4%的乏燃料中的廢物（裂變產(chǎn)物和次錒系元素）與占96%的有用資源（鈾、钚等）一起直接進(jìn)行地質(zhì)處置，除了浪費(fèi)資源，還將大大增加需要地質(zhì)處置廢物體積。即使按照全世界目前的核電站乏燃料卸出量（約1萬噸/年）估算，“一次通過”循環(huán)方式需要全世界每6—7年就建造一座規(guī)模相當(dāng)于美國尤卡山庫（設(shè)計庫容7萬噸）的地質(zhì)處置庫。只要全世界核電裝機(jī)容量增加1倍，則就需每3—4年左右建設(shè)一座地質(zhì)處置庫，這顯然是難以承受的負(fù)擔(dān)。而且，乏燃料中包含了所有放射性核素發(fā)熱源，單位體積廢物所需的處置空間大。由于乏燃料中包含了所有的放射性核素，其長期放射性毒性很高，要在處置過程中衰變到天然鈾礦的放射性水平，將需要10萬年以上，如此漫長的時間尺度帶來諸多不可預(yù)見的不確定因素。所以，“一次通過”方式對環(huán)境安全的長期威脅極大。
只有通過核燃料的閉式循環(huán)，才能提高鈾資源的利用率，減少高放廢物體積。這其中快堆和后處理兩個環(huán)節(jié)最為關(guān)鍵?？於芽梢岳闷渲凶幽茏V比較硬的特點(diǎn)，將鈾238轉(zhuǎn)換成钚239，同時將長壽命次量錒系元素進(jìn)行嬗變。后處理可以將乏燃料中的鈾、钚、次量錒系元素和裂變產(chǎn)物分開，從而加以分別利用和處置。目前，國際上主要核能國家（如法、英、俄、日、印、中）均選擇核燃料閉式循環(huán)的技術(shù)路線。熱堆核電站乏燃料經(jīng)后處理提取的鈾和钚，如果返回?zé)岫阎醒h(huán)使用，則鈾資源的利用率僅能比原有利用率有少許提高，核廢物的體積和毒性分別降低約4倍；如果在快堆中多次循環(huán)使用，則鈾資源利用率總體可提高至60%，核廢物的體積和毒性可降低1—2個數(shù)量級。這意味著，采用快堆技術(shù)及其相應(yīng)的先進(jìn)核燃料閉式循環(huán)，可以使地球上低開采成本的鈾資源利用幾千年，并有利于實(shí)現(xiàn)廢物最少化和廢物安全地質(zhì)處置。由此可見，熱堆閉式循環(huán)還不足以實(shí)現(xiàn)核裂變能可持續(xù)發(fā)展，只有通過快堆及其燃料閉式循環(huán)（或快堆核能系統(tǒng)）才能實(shí)現(xiàn)核裂變能可持續(xù)發(fā)展。因此，我國核裂變能走壓水堆-快堆的發(fā)展戰(zhàn)略和選擇核燃料閉式循環(huán)的技術(shù)路線是完全正確的。
快堆核燃料閉式循環(huán)（或核燃料循環(huán)后段）的起點(diǎn)是熱堆乏燃料后處理，分離出的钚制成快堆燃料（MOX燃料或金屬燃料），供快堆燃燒并增殖燃料，快堆乏燃料再進(jìn)行后處理/再循環(huán)，如圖所示。
快堆核燃料閉式循環(huán)示意圖
由此可見，“鈾資源使用3000年”是全世界核能界為之奮斗的長遠(yuǎn)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)可能需要多年的不懈努力。據(jù)初步計算，欲使鈾資源利用率提高60倍，快堆閉式循環(huán)（快堆燃料制造-快堆運(yùn)行-快堆乏燃料后處理）的次數(shù)為12—18次。但快堆燃料循環(huán)的前幾次效果更好，例如，經(jīng)過頭3—4次循環(huán)，鈾資源利用率即可提高20倍。
目前，快堆核燃料閉式循環(huán)在世界上尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但各主要核能國家均宣布了快堆核能系統(tǒng)商用化的時間表，分別為：印度，2020年；俄羅斯，2020年—2025年；法國，2040年；日本，2050年。
我國人口眾多，能源需求和消費(fèi)的快速增長對資源和環(huán)境形成了巨大的壓力。我國必須根據(jù)自己國情加快推進(jìn)我國快堆商用化步驟。根據(jù)中核集團(tuán)的研究，我國應(yīng)該在2030年前實(shí)現(xiàn)快堆商用化，以滿足我國核能可持續(xù)、大規(guī)模發(fā)展的需要。
由此可以看出，核能是清潔能源，但要充分利用鈾資源、極大地減少廢物量、實(shí)現(xiàn)核能的可持續(xù)發(fā)展，必須建立核燃料循環(huán)體系，特別是快堆核燃料循環(huán)體系?！ ?/p>
隨著人口的增長和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源愈來愈成為世界各國一個必須面對的重要問題。尋找清潔、安全、可持續(xù)的能源是全人類的共同心愿。在2010年哥本哈根會議上，溫家寶總理也代表中國政府鄭重承諾到2020年，單位GDP的二氧化碳排放量要減低40%—45%。核能由于其運(yùn)行過程中幾乎不排放二氧化碳，被賦予減排的厚望。世界各有核國家都制定了核能發(fā)展規(guī)劃。由于快堆能夠極大地提高鈾資源利用率，因此建設(shè)快堆核燃料循環(huán)體系對于確保核能可持續(xù)發(fā)展，從而保證能源安全意義重大。正因?yàn)槿绱?，國際上推薦的第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)中把快堆作為主力堆型來發(fā)展，美、俄、法、印、日等國均制定了明確的快堆核燃料循環(huán)系統(tǒng)發(fā)展計劃。
因此我國必須有步驟、扎實(shí)推進(jìn)我國快堆核燃料循環(huán)體系的建設(shè)。
目前國際上快堆燃料循環(huán)系統(tǒng)的研究開發(fā)雖未達(dá)到商用水平，但已積累了不少經(jīng)驗(yàn)。各主要核國家均掌握了熱堆乏燃料水法后處理技術(shù)，法國等掌握了先進(jìn)的MOX燃料制造技術(shù)，美國掌握了快堆金屬燃料制造技術(shù)，美國和俄羅斯在快堆乏燃料干法后處理方面處于領(lǐng)先地位。值得注意的是，印度快堆核能系統(tǒng)領(lǐng)先于我：印度的實(shí)驗(yàn)快堆于1985年臨界，中國實(shí)驗(yàn)快堆于2010年臨界；印度于2004年開始建造的50萬千瓦電功率原型快堆將于2012年建成，我國擬自主設(shè)計的示范快堆項(xiàng)目尚未立項(xiàng)；印度已擁有3座小型熱堆乏燃料后處理廠，我國的第一座大型熱堆乏燃料后處理廠尚在擬議之中；印度于2005年在世界上率先完成了快堆乏燃料的水法后處理熱實(shí)驗(yàn)，我國快堆乏燃料后處理技術(shù)研究剛剛起步；印度具備了快堆MOX燃料制造能力，并可為即將建成的原型快堆提供燃料，我國尚未掌握快堆MOX燃料制造技術(shù)；印度自主建成了3座高放廢液玻璃固化廠，我國尚不具備玻璃固化建廠能力，被迫從德國進(jìn)口。
我國在核能領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)落后于世界先進(jìn)水平的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)表明，要想使我國從“核能大國”轉(zhuǎn)變成“核能強(qiáng)國”，我們必須按照中央領(lǐng)導(dǎo)所作的一系列重要批示精神，急起直追往前趕，腳踏實(shí)地地攻克先進(jìn)核能系統(tǒng)中每個環(huán)節(jié)的技術(shù)難關(guān)。
我國在快堆核能系統(tǒng)的研究開發(fā)方面，首先應(yīng)制定快堆核能系統(tǒng)研究發(fā)展戰(zhàn)略，確定總體目標(biāo)和分階段實(shí)施目標(biāo)?？於蜒h(huán)技術(shù)的研究開發(fā)是一項(xiàng)投資巨大、耗時較長的極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，我國的快堆核能系統(tǒng)技術(shù)不應(yīng)像以往那樣與核燃料循環(huán)脫鉤而孤立地發(fā)展，應(yīng)借鑒日、印等國的經(jīng)驗(yàn)，做好快堆核能系統(tǒng)的頂層設(shè)計，將快堆、乏燃料后處理、MOX燃料制備等技術(shù)進(jìn)行一體化系統(tǒng)策劃，在國家統(tǒng)一規(guī)劃、總體布局之下，使我國快堆核能系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)得以同步協(xié)調(diào)發(fā)展。爭取用最短的時間實(shí)現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的商用化技術(shù)突破，逐步形成我國快堆核能產(chǎn)業(yè)，從而解決我國核裂變能可持續(xù)發(fā)展的后顧之憂。
今后5—10年內(nèi)我國核燃料循環(huán)后段工業(yè)體系的關(guān)鍵任務(wù)，是以中國實(shí)驗(yàn)快堆、后處理中試廠和MOX燃料實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線為實(shí)驗(yàn)平臺，盡快將后處理中試廠產(chǎn)出的钚制成MOX燃料，為實(shí)驗(yàn)快堆提供燃料，初步打通閉式燃料循環(huán)之路。與此同時，應(yīng)抓緊商用示范快堆重大專項(xiàng)、后處理大廠、MOX燃料制造廠的立項(xiàng)與實(shí)施進(jìn)程，為我國快堆核能系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁出堅實(shí)一步。（中國原子能科學(xué)研究院 顧忠茂）