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乏燃料管理:40年的研究

源自《國際原子能機構(gòu)通報》
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20世紀60年代和70年代的核電廠建設(shè)熱潮帶來了新能源時代的希望,同時也帶來了新的挑戰(zhàn):處理核電廠卸出的乏燃料。這種燃料可以再循環(huán)利用嗎?可以處置嗎?是否可以貯存,如果可以,可以貯存多長時間,在什么條件下貯存?

多年來,專家們已經(jīng)為這些問題找到了答案。由國際原子能機構(gòu)協(xié)調(diào)的乏核燃料管理近40年的研究現(xiàn)已在一份新的出版物中公布。這份題為《動力堆乏燃料貯存期間行為》(原子能機構(gòu)《技術(shù)文件》第1862號)的原子能機構(gòu)出版物匯編了自1981年以來專家們就這一專題所記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)、觀察結(jié)果和建議。

“當我們在80年代初開始與原子能機構(gòu)進行研究時,我們意識到貯存強放射性乏燃料具有一系列技術(shù)和科學(xué)意義,”匈牙利TSEnercon工程咨詢公司總經(jīng)理Ferenc Takáts說?!拔覀儾檎伊擞嘘P(guān)這些影響的基本資料,以建立一個有這方面經(jīng)驗國家的通用數(shù)據(jù)庫,因為當時沒有這樣的東西?!?/p>

在核電早期,許多國家計劃再循環(huán)乏燃料,并以此最大限度地利用鈾。再循環(huán)的第一步是后處理,這是一個化學(xué)過程,涉及將易裂變材料即燃料中未用掉的钚和鈾分離出來,以混合氧化物(或MOX)的形式重新利用。法國、俄羅斯和英國目前都擁有商業(yè)后處理設(shè)施。

其他一些國家選擇了乏燃料處置而不是再循環(huán)利用。這些國家包括加拿大、芬蘭、瑞典和美國。這一替代方案涉及在不允許回取乏燃料的條件下,將乏燃料安全地置于地下深處。

最初,所有國家都計劃在自己的設(shè)施或國外設(shè)施對其乏燃料后處理。然而,在20世紀80年代和90年代,直接處置成為大多數(shù)國家的首先方案,因為鈾價格持續(xù)走低,而與后處理有關(guān)的環(huán)境問題也引起關(guān)注。然后,在21世紀初,由于對廉價低碳電力的需求以及對長期鈾供應(yīng)的擔憂,后處理的吸引力再次增加。

雖然這場辯論在不斷進行,人們的觀點也發(fā)生了變化,但管理當局一般都推遲了決定,最終,乏燃料仍被臨時貯存比預(yù)期更長的時間。

對同一個問題我們每個人都可以從不同的角度來看。
Enercon公司總經(jīng)理Ferenc Takáts

國際原子能機構(gòu)研究項目

正是在這種背景下,為了響應(yīng)“臨時貯存”的首選方案,國際原子能機構(gòu)啟動了一系列協(xié)調(diào)研究項目,其中第一個項目于1981年開始。來自10個國家的專家們開始研究和討論乏燃料貯存期間的行為(BEFAST項目),涵蓋了與乏燃料后處理或送去處置前進行貯存有關(guān)的所有活動。參與國就乏燃料貯存的基礎(chǔ)問題提供了研究和開發(fā)成果,并開始建立一個數(shù)據(jù)庫,以協(xié)助評價貯存極長時間的乏燃料貯存技術(shù)。從1997年開始,啟動了一個新的協(xié)調(diào)研究項目系列,這次更具體地針對乏燃料性能評定和研究(SPAR項目)。

在BEFAST項目和SPAR項目下的研究涉及21個國家和歐洲委員會的30個組織。這項研究促進了信息交流,這非常有益于燃料營運者、核電廠設(shè)計人員、監(jiān)管機構(gòu)、制造商,尤其是那些參與開發(fā)安全評價的人?!拔覀兠總€人都可以以不同的角度看待同一個問題,”Takáts說。

當1997年Takáts在匈牙利一家咨詢公司工作時,匈牙利已經(jīng)運作了十多年的核電計劃。由于沒有出口乏燃料的可能性,他們不得不在電廠旁建造一個額外的干式貯存設(shè)施。這是一項艱巨任務(wù),因為監(jiān)管者擔心乏燃料仍然具有放射性,且最初會釋放大量熱量,可能會太熱而無法貯存。

“由于存在這些不確定因素,我們貯存乏燃料的溫度限值必須在350攝氏度以下,這對設(shè)計人員來說是一個不必要的額外負擔,”Takáts說。原子能機構(gòu)項目成果對啟示監(jiān)管機構(gòu)有所助益,他補充道。“值得慶幸的是,我參加了BEFAST協(xié)調(diào)研究項目,并有機會咨詢一位德國專家,他們對高溫干式貯存條件下燃料包殼的行為有更深入的了解。通過從國外收集證據(jù),我們得以證明我們的法規(guī)過于嚴格,應(yīng)該在集體研究的基礎(chǔ)上進行修訂?!?/p>

根據(jù)該協(xié)調(diào)研究項目的結(jié)論準備了一項研究報告,并提交給監(jiān)管機構(gòu)。監(jiān)管機構(gòu)接受了這一論證結(jié)果并提高了貯存溫度限值。這是該領(lǐng)域?qū)<覅⑴c原子能機構(gòu)協(xié)調(diào)研究工作使營運者受益的許多例子之一。

“所有的研究都有助于我們對乏燃料性能進行持續(xù)的技術(shù)監(jiān)測,”國際原子能機構(gòu)乏燃料管理專家Laura McManniman說?!斑@些項目是協(xié)作和研究的良好載體,它們?yōu)閷<姨峁┝艘粋€自由分享信息的平臺?!?/p>

原子能機構(gòu)《技術(shù)文件》第1862號所匯編的研究工作的亮點可在線獲得,并可應(yīng)請求提供印刷本。

本文刊登于《國際原子能機構(gòu)通報》20196月刊核動力堆乏燃料管理。

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