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乏燃料后处理的大厂梦 作者：石磊 来源：《能源》 2018年第10期 目前，我国的乏燃料后处理处于十分落后的状态，与核大国地位十分不符。 上世纪60年代中期我国曾经开发成功了军用后处理技术，并建成和运行了后处理厂其分离工艺技术水平与当时的国际水平相当。但是到了上世纪80年代以后，随着军用后处理厂的停产，我国对后处理技术研究开发的投入严重不足。后处理成为我国核能体系中最薄弱的环节。 现在我国在后处理工艺设备、自动控制、远距离维修等方面与国际先进水平相差甚远。后处理科研设施落后、设备老化，中国原子能科学研究院的核燃料后处理实验设施进展缓慢；我国后处理中试厂的进展拖期，且仍存在很多问题亟需解决。 当然，在乏燃料后处理科研与先进工艺方面我国也取得了一些成果。例如采用无盐试剂的先进后处理流程研究取得显著进展；用于分离高放废液中次锕系元素MA和长寿命核素LLFP的TRPO流程已完成热试验；动力堆燃料后处理中试厂也完成了相关的实验。 动力堆燃料后处理中试厂由我国自主设计和建造，针对动力堆乏燃料放射性更高、毒性更大、临界安全问题更突出等特点的后处理厂我国科技与设计人员进行了长期的试验研究与技术攻关，成功地设计与建造了中试厂为大型核燃料后处理厂的设计与建设提供重要参考。 但作为中国后处理厂代表的四0四后处理中试厂还存在着很多问题，例如后处理工艺设备、自动控制、远距离测试维修等方面均存在很大的问题。体现在以下几个方面：由于在后处理工艺设备、自动控制存在问题造成中试厂在水力学运行状况方面没法保持持续的稳定；在远距离测试维修方面存在问题造成中试厂各个工艺参数没法全部得到，例如1AF作为核材料衡算和各项工艺指标计算的源头，IAF料液中没法准确测试Pu的浓度，在工艺衡算中对Pu的衡算和盘存造成了很大的影响，对系统净化也无法计算等等…… 未来中试厂在完成国家规定的50t乏燃料处理任务后，将对中试厂进行改扩建，使之形成年处理80t、200t的能力。但这个过程还需要好多年的时间。 商用乏燃料后处理大厂建设迫在眉睫 我国已经确定走热堆（压水堆）一快堆一聚变堆三步核能发展战略。国家的核能发展战略决定了我国必须走乏燃料后处理之路，以充分利用铀资源，实现核废物最少化，确保核能的可持续发展。美国核燃料循环政策的重大转变，证明了我国及其它多数核电国家实行核燃料闭式循环是一项正确的选择。 为了与我国核大国地位相匹配，满足我国核能可持续发展的需要，特别是当前我国大力发展核电，预计到2030年我国核电装机容量占总发电量比重将从目前的不到2%提高到7%左右，必须进一步加大我国后处理技术研究开发力度，加快后处理大厂的建设步伐。 但是后处理技术的军民两用性质，决定了后处理技术的研究开发和后处理能力的建设不仅仅是一个技术与经济问题，还是一个涉及政治和军事的问题。 按照2020年我国核电装机容量为7000万KW的发展目标，预计我国乏燃料累积存量到2020年将达到lOOOOt，年产量1750吨；到2030年将达到25000t，建设商用后处理厂非常有必要。 商用后处理厂的设计与建设是一项技术难度很大的复杂的系统工程，从设计、建造到调试、运行的时间跨度10到15年。由于种种原因，我国后处理技术的水平和能力已明显落后于国际水平，必须尽快扭转我国后处理技术水平与能力的落后被动局面。 我国建设商用后处理厂也是非常紧迫的。按当前的需求，到2035年我国要建成一座年处理能力为800t的商用后处理厂。 乏燃料后处理大厂建设思路 建设乏燃料后处理大厂符合建设资源节约型和环境友好型社会的要求，是实现我国核工业可持续发展的重要保证。但是，后处理大厂是一个建设周期长、投资规模大、技术复杂、接口繁多、牵涉面广的巨型系统工程，是核工业中的一个“航空母舰”，是我国核燃料循环中最薄弱的环节。 笔者认为，“航空母舰”的建设应有两条思路：自主创新与技术引进。 在后处理大厂的建设中我国必须依靠自主创新：我国在后处理技术具备了一定基础，国家也设立了乏燃料后处理基金，后处理大厂科研专项（国家投资50—60亿）正在实施攻关商用后处理大厂部分关键技术；中试厂未来准备扩展为200t，而且中试厂可以积累更多的运行经验，为后处理大厂运营做准备。 其次自主创新也要参与国际合作。可以通过国际咨询、交流等合作方式引进某些关键技术。 国外引进技术乏燃料后处理大厂不可控因素太强，外方会开出“天价”，引进之路比较漫长。即便能引进技术，按照目前谈判进度也要到2040年才能建成一座年处理量800t的大厂所以还要以自主创新为主，以自主创新提高技术引进的砝码。 法国乏燃料后处理技术先进、成熟，可以作为我国后处理技术引进的对象。 建议我国后处理大厂的建设可以采用“两条腿走路”的思路，自主创新和引进国外技术同时进行，而且引进国外技术也不能放松自主创新。 在后处理大厂的建设思路下，尽快于三年内将后处理中试厂扩产改造至200t/年。 同时，在后处理中试厂的基础上，模块化设计建设400吨／年示范厂。400吨的示范厂也可采用中国原子能科学研究院研发的工艺流程、由中国核电工程公司在甘肃建设，争取在六年内完成。 七年内（2025年前）择机开工具有自主产权的一个800吨商用处理厂。这样到2035年我国后处理年处理能力可达到1400吨(800+400+200)，基本勉强满足核电形势发展的需要，逐步使我国在后处理技术、装备和能力等方面能够赶上世界先进水平，从而取得参与国际合作与竞争的主动权。 在示范厂和商用厂的建设中可以采用股份制公司的形式（国家投资、企业公司投资，其余不足部分由国家乏燃料基金补充），运用现代化的投资和管理方式进行管理和经营。 对此，笔者有几点建议： 第一，根据需求国家统一规划乏燃料后处理大厂将后处理关键技术列为战略性的长远发展计划，选准突破口，把加快乏燃料后处理研究作为加强我国核能发展的重要内容。 国家发改委、国防科工局、中核集团等极为重视后处理项目建设工作，使大型核燃料后处理项目立项前期工作得以快速推进。目前，已完成后处理大厂厂址的查勘工作以及初步可行性研究和项目建议书的编制，从技术路线、建厂条件、环境影响、厂址安全、总体规划、投资估算与经济分析等方面进行了综合比较与评价，项目建议书已上报国家。 第二，突破国际上传统乏燃料后处理设计思路，勇于创新，实现乏燃料后处理大厂关键技术研制的跨越发展。 我国技术水平和经济支撑能力有限，要尽快实现乏燃料后处理关键技术研制跨越式发展，必须依靠科技进步，注重科技创新，要在突破关键技术和关键装备上下功夫，真正掌握乏燃料后处理关键技术，拥有自主知识产权，摒弃“渐进式”“尾追式”的发展模式，树立“跨越式”发展观念。 第三，重点突破核心技术，系列发展相关技术。 乏燃料后处理大厂不单是一个厂的设计的问题，是一个复杂的系统工程，涉及核科学技术与工程、信息技术、自动控制技术、新材料技术、动力技术、遥测／遥感技术、微电子技术、激光技术等，并且强调各学科之间的交叉互动。 根据我国乏燃料后处理研制现状，要积极组织核工业、机械工业、自动化工业设计研制力量，对乏燃料后处理的关键技术进行重点研究，攻克其技术难点，为我国乏燃料后处理大厂的建成奠定坚实的技术基础。在乏燃料后处理大厂建设当中要做到重点突破核心技术，系列发展相关技术，必须坚持以下几个原则：一是所有的科研、工程设计以及建设工作都应更好服从和服务于实现设计意图的原则；二是根据研究和工程的进展情况，不断完善、调整，实行动态管理的原则；三是设立专门机构对相关的研发工作进行统一的规划和管理，按照需要什么就发展什么，什么问题突出就解决什么，什么办法管用就采用什么的原则，来研究确定乏燃料后处理关键技术研制、发展计划，形成具有我国特色的乏燃料后处理关键技术研制体系。 本文来源：https://www.dywdw.cn/e1cbe98cbfeb19e8b8f67c1cfad6195f312be879.html
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2022-05-31
