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          乏燃料管理:40年的研究

          源自《國際原子能機構通報》
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          20世紀60年代和70年代的核電廠建設熱潮帶來了新能源時代的希望,同時也帶來了新的挑戰:處理核電廠卸出的乏燃料。這種燃料可以再循環利用嗎?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,專家們已經為這些問題找到了答案。由國際原子能機構協調的乏核燃料管理近40年的研究現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《技術文件》第1862號)的原子能機構出版物匯編了自1981年以來專家們就這一專題所記錄的相關數據、觀察結果和建議。

          “當我們在80年代初開始與原子能機構進行研究時,我們意識到貯存強放射性乏燃料具有一系列技術和科學意義,”匈牙利TSEnercon工程咨詢公司總經理Ferenc Takáts說。“我們查找了有關這些影響的基本資料,以建立一個有這方面經驗國家的通用數據庫,因為當時沒有這樣的東西。”

          在核電早期,許多國家計劃再循環乏燃料,并以此最大限度地利用鈾。再循環的第一步是后處理,這是一個化學過程,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后處理設施。

          其他一些國家選擇了乏燃料處置而不是再循環利用。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施或國外設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國家的首先方案,因為鈾價格持續走低,而與后處理有關的環境問題也引起關注。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公司總經理Ferenc Takáts

          國際原子能機構研究項目

          正是在這種背景下,為了響應“臨時貯存”的首選方案,國際原子能機構啟動了一系列協調研究項目,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的所有活動。參與國就乏燃料貯存的基礎問題提供了研究和開發成果,并開始建立一個數據庫,以協助評價貯存極長時間的乏燃料貯存技術。從1997年開始,啟動了一個新的協調研究項目系列,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、核電廠設計人員、監管機構、制造商,尤其是那些參與開發安全評價的人。“我們每個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施。這是一項艱巨任務,因為監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,這對設計人員來說是一個不必要的額外負擔,”Takáts說。原子能機構項目成果對啟示監管機構有所助益,他補充道。“值得慶幸的是,我參加了BEFAST協調研究項目,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,我們得以證明我們的法規過于嚴格,應該在集體研究的基礎上進行修訂。”

          根據該協調研究項目的結論準備了一項研究報告,并提交給監管機構。監管機構接受了這一論證結果并提高了貯存溫度限值。這是該領域專家參與原子能機構協調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的技術監測,”國際原子能機構乏燃料管理專家Laura McManniman說。“這些項目是協作和研究的良好載體,它們為專家提供了一個自由分享信息的平臺。”

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

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

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