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乏燃料管理:40年的研究

源自《國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通報(bào)》
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20世紀(jì)60年代和70年代的核電廠建設(shè)熱潮帶來(lái)了新能源時(shí)代的希望,同時(shí)也帶來(lái)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(zhǎng)時(shí)間,在什么條件下貯存?

多年來(lái),專家們已經(jīng)為這些問題找到了答案。由國(guó)際原子能機(jī)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(dòng)力堆乏燃料貯存期間行為》(原子能機(jī)構(gòu)《技術(shù)文件》第1862號(hào))的原子能機(jī)構(gòu)出版物匯編了自1981年以來(lái)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(dāng)我們?cè)?0年代初開始與原子能機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究時(shí),我們意識(shí)到貯存強(qiáng)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(shuō)?!拔覀儾檎伊擞嘘P(guān)這些影響的基本資料,以建立一個(gè)有這方面經(jīng)驗(yàn)國(guó)家的通用數(shù)據(jù)庫(kù),因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒有這樣的東西。”

在核電早期,許多國(guó)家計(jì)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(gè)化學(xué)過(guò)程,涉及將易裂變材料即燃料中未用掉的钚和鈾分離出來(lái),以混合氧化物(或MOX)的形式重新利用。法國(guó)、俄羅斯和英國(guó)目前都擁有商業(yè)后處理設(shè)施。

其他一些國(guó)家選擇了乏燃料處置而不是再循環(huán)利用。這些國(guó)家包括加拿大、芬蘭、瑞典和美國(guó)。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(guó)家都計(jì)劃在自己的設(shè)施或國(guó)外設(shè)施對(duì)其乏燃料后處理。然而,在20世紀(jì)80年代和90年代,直接處置成為大多數(shù)國(guó)家的首先方案,因?yàn)殁檭r(jià)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(jì)初,由于對(duì)廉價(jià)低碳電力的需求以及對(duì)長(zhǎng)期鈾供應(yīng)的擔(dān)憂,后處理的吸引力再次增加。

雖然這場(chǎng)辯論在不斷進(jìn)行,人們的觀點(diǎn)也發(fā)生了變化,但管理當(dāng)局一般都推遲了決定,最終,乏燃料仍被臨時(shí)貯存比預(yù)期更長(zhǎng)的時(shí)間。

對(duì)同一個(gè)問題我們每個(gè)人都可以從不同的角度來(lái)看。
Enercon公司總經(jīng)理Ferenc Takáts

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)研究項(xiàng)目

正是在這種背景下,為了響應(yīng)“臨時(shí)貯存”的首選方案,國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)啟動(dòng)了一系列協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目,其中第一個(gè)項(xiàng)目于1981年開始。來(lái)自10個(gè)國(guó)家的專家們開始研究和討論乏燃料貯存期間的行為(BEFAST項(xiàng)目),涵蓋了與乏燃料后處理或送去處置前進(jìn)行貯存有關(guān)的所有活動(dòng)。參與國(guó)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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),以協(xié)助評(píng)價(jià)貯存極長(zhǎng)時(shí)間的乏燃料貯存技術(shù)。從1997年開始,啟動(dòng)了一個(gè)新的協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目系列,這次更具體地針對(duì)乏燃料性能評(píng)定和研究(SPAR項(xiàng)目)。

在BEFAST項(xiàng)目和SPAR項(xiàng)目下的研究涉及21個(gè)國(guó)家和歐洲委員會(huì)的30個(gè)組織。這項(xiàng)研究促進(jìn)了信息交流,這非常有益于燃料營(yíng)運(yùn)者、核電廠設(shè)計(jì)人員、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、制造商,尤其是那些參與開發(fā)安全評(píng)價(jià)的人?!拔覀兠總€(gè)人都可以以不同的角度看待同一個(gè)問題,”Takáts說(shuō)。

當(dāng)1997年Takáts在匈牙利一家咨詢公司工作時(shí),匈牙利已經(jīng)運(yùn)作了十多年的核電計(jì)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(gè)額外的干式貯存設(shè)施。這是一項(xiàng)艱巨任務(wù),因?yàn)楸O(jiān)管者擔(dān)心乏燃料仍然具有放射性,且最初會(huì)釋放大量熱量,可能會(huì)太熱而無(wú)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(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)不必要的額外負(fù)擔(dān),”Takáts說(shuō)。原子能機(jī)構(gòu)項(xiàng)目成果對(duì)啟示監(jiān)管機(jī)構(gòu)有所助益,他補(bǔ)充道?!爸档脩c幸的是,我參加了BEFAST協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目,并有機(jī)會(huì)咨詢一位德國(guó)專家,他們對(duì)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(guò)從國(guó)外收集證據(jù),我們得以證明我們的法規(guī)過(guò)于嚴(yán)格,應(yīng)該在集體研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂?!?/p>

根據(jù)該協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目的結(jié)論準(zhǔn)備了一項(xiàng)研究報(bào)告,并提交給監(jiān)管機(jī)構(gòu)。監(jiān)管機(jī)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(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)研究工作使?fàn)I運(yùn)者受益的許多例子之一。

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

原子能機(jī)構(gòu)《技術(shù)文件》第1862號(hào)所匯編的研究工作的亮點(diǎn)可在線獲得,并可應(yīng)請(qǐng)求提供印刷本。

本文刊登于《國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通報(bào)》20196月刊核動(dòng)力堆乏燃料管理。

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