告别煤炭开采公益网

您的当前位置:首页  >  专题文章 

《核电将毁灭中国》吗?

2016-8-11 11:33:19| 浏览:1612|

 

对于发展核电,不仅在中国存在巨大争议,就是全世界都没有达成一致共识。从福岛核事故到德国停运所有核电设施,核能的发展被蒙上一层阴影。我曾经向德国北威州副议长询问过这个问题。他明确表示,德国停核电是有原因的,一是德国国小人多,密度很大,一旦发生核泄漏事故,方圆近20万平方公里无人区,德国根本承受不起。二是德国新能源发展很快,德国本身有条件全部替代核能。对于中国是否应发展核能,他希望根据中国实际需要进行选择。我也深有同感,这几天网上看到这篇文章,还是较为中肯,所以转发过来,请大家阅读。

 

 

  这几天圈内人全部都被《核电将毁灭中国》这篇文章洗脑了,作为曾经的核电人,还是深深感到核电科普大业还是任重而道远,今天先来给大家聊聊后处理这点事。

 

  一、到底什么是核废料?这玩意长啥样?

 

  文中首先抛出的观点就是核废料污染超过20万年且不能处理论点,一下子把人砸晕了,好像反应堆不用了之后整个就成了垃圾场。

 

  其实文中所指的这种核废料的概念并不准确,反应堆中的废燃料正确的应该是叫做乏燃料,通俗的说就是用过的燃料,可以类比于煤燃烧后的煤渣。不同的是,核燃料是以燃料棒的形式存在的,外面有燃料包壳即锆合金管。下图是由一定数量的核燃料棒组成的核燃料组件。

 

  

  核裂变反应是原子物理范畴,因此用过的核燃料依然可以保持燃料棒的形态。所以乏燃料依然跟上图长的一样。

 

  而真正的核废物处置按放射性可分为低放废物、中放废物和高放废物,根据形态可分为气溶胶、废液、固体废物等,会根据其放射性水平和形态来具体处置每一种废物的。

 

  二、用过的乏燃料去哪了?里面到底有什么?

 

  目前比较常见的压水堆核电站一般是18个月换一次料,将使用过的乏燃料转移至乏燃料贮存水池中储存。乏燃料贮存水池分为两类:在堆贮存水池和离堆贮存水池。乏燃料从反应堆中卸出后衰变热(什么叫衰变热?就是放射性物质在衰变中产生的热)仍然很高,因此需要在在堆贮存水池(也就是在核电站旁边的水池)中贮存,一般贮存5-8年时间。

 

  乏燃料在在堆贮存水池中贮存5-8年后,一部分放射性衰变期短的元素逐渐衰变殆尽,衰变热也会显著下降,最重要的是放射性水平可以极大的降低,因此可以满足长途运输的要求,再加上在堆贮存水池容量也有限,因此就需要运输至离堆贮存水池(也就是离开核电站的水池,一般指的是后处理厂的接收水池)中进行再贮存,一般是3-5年。

 

  乏燃料水池属于乏燃料贮存方式中的湿式贮存法,也就是用水,因为水既可以起到放射性屏蔽的作用,还可以带走衰变热。目前绝大部分的贮存方式都是湿式贮存,最长贮存时间可达20-30年。近些年来还开发了干式贮存法,采用这种方法可以贮存50-100年。

 

  乏燃料并非一无是处,里面仍含有不少有用的物质,比如铀,钚等,还有其他一些锕系元素及裂变产物,如镎,镅,锔,氙等等。其中最重要的就是钚-239,传说中可以制造原子弹的元素(有可以的,也称为武器级钚)。自然界中只有极少量的钚-239,如果想集中获取,就需要首先让铀238在核反应堆中进行核反应,然后再通过后处理(马上讲!)将其分离出来,才可以得到钚产品。

 

  三、说了半天,到底啥是后处理?

 

  后处理就是将乏燃料经过剪切、溶解、萃取分离、纯化等一系列化工工艺过程将其中的铀和钚回收出来的过程。回收的铀和钚还可以制成MOX燃料,继续在快堆中进行使用,快堆可以实现燃料的增殖,这样核燃料就可以形成一个闭式的循环体系,因此后处理也被称之为核燃料循环后端。

 

  并不是所有的乏燃料都会选择后处理。对于乏燃料处置办法,国际上通行的有两种:一为“一次通过”,即不进行乏燃料后处理,燃料组件在核电站反应堆内燃料完后将其长期暂存、永久贮存、直接处置,也称为开式核燃料循环,代表国家美国;另一为对乏燃料进行后处理,回收其中的铀和钚,再加工成燃料组件进行重复利用,称为闭式核燃料循环,代表国家法国。

  

 

  由于钚-239是在反应堆中产生的,因此想得到钚-239产品,必须通过后处理手段,这一点非常重要,请大家牢记。

 

  四、核电站和后处理厂跟核武器到底区别在哪里?

 

  按照国际原子能机构的规定,核弹原料铀235或钚239的纯度达到92%-93%称为武器级,因此想制造核武器的国家必须掌握两个关键技术,一个是高浓缩铀技术,另一个就是后处理技术。

 

  理论上后处理技术是可以获取武器级钚的,但后处理得到的钚产品质量是跟核燃料在反应堆的燃耗深度(可简单理解为反应时间的长短)有极大的关系。我国早期的反应堆并不是用于发电的,而是用于制造武器级钚,燃料在反应堆中几个月就要换出来去进行后处理,此时燃料棒中产生的钚以钚-239为主,还有少量其他钚的同位素如钚-238、钚-240、钚-241等。

 

  而一旦时间过长,钚产品中钚-240的含量会提升,而钚-240自发裂变的比率很高,容易造成中子通量激增,会影响钚作为核武及反应器燃料的适用性,而压水堆主要是用来发电的,所以燃耗会很高,因此在目前压水堆核电站中使用过的乏燃料中的钚即使用后处理技术也提取不出合格的武器级钚了,也就不存在核武器这件事情,所以目前的后处理厂绝大部分都是处理核电站出来的乏燃料,也就是商用后处理厂,已脱离了军用功能。

 

  但即使是这样,军用后处理技术和商用后处理技术并不存在本质的差别,如果想得到武器级钚,缩短辐照时间即可。因此国际上(主要是美国)对后处理技术非常的敏感。

 

  五、为啥美国不选择后处理?

 

  之前文章提出核电将毁灭中国,首先提出的是核电将毁灭美国,证据就是美国没有处理这些乏燃料,而是贮存起来。那么美国为什么不选择后处理呢?

 

  是因为美国没有后处理技术吗?当然不是,美国既然可以研制出核武器,自然掌握了相应的后处理技术。之所以不选择后处理,这并不是技术原因,而是政治原因。

 

  之前我们提过,军用后处理技术和商用后处理技术并没有本质区别,而后处理技术又是制造核武器的两项关键技术之一。作为世界老大的美国当然不希望世界上任何一个国家掌握此项技术,并且他也是这样做的。

 

  《不扩散核武器条约》又称“防止核扩散条约”或“核不扩散条约”。于196871日分别在华盛顿、莫斯科、伦敦开放签字,当时有59个国家签约加入。该条约的宗旨是防止核扩散,推动核裁军和促进和平利用核能的国际合作。该条约19703月正式生效。其实这项条约的出现正是大国利益的联合,简单来说就是掌握核武器的国家不希望剩下的国家再掌握了。

 

  虽然美国和其他的大国联合起来制定了这项条约,通过国际影响来限制其他国家核武器的发展,但核电技术作为一项民用技术,则无法完全被禁止。因此美国以身作则,自己首先宣布将实行乏燃料一次通过原则,即不进行后处理,并在很多年内不再持续发展核电技术,这样在国际中做出表率,这样很多国家也就无法再明目张胆选择核电站和后处理了,间接的控制了后处理技术的发展和延续。

 

  最近一些年,比尔盖茨作为说客,前往全世界宣传一种新的反应堆概念堆型,即行波堆,通俗的讲这种堆型的特点就是可以充分利用核燃料,无需换料,也无需后处理。由此也更可以看到美国对于后处理的态度。

 

  那么美国就一直不会处理这些乏燃料吗?目前美国一方面开始大力发展干式贮存法贮存乏燃料,使乏燃料的贮存年限提高,另一方面美国也把这些乏燃料当做资源进行贮存,一旦认为时机成熟,也可以马上处理。

 

  六、既然美国不选择后处理,那么法国、日本和我国又为什么要选择后处理呢?

 

  美国地广人稀,乏燃料的贮存处置成本相对较低,而法国全国75%的电力都是核电,乏燃料的当量比较大,处置成本也相对高些,因此法国选择了后处理技术,并接收欧洲其他国家的乏燃料进行处理,收取乏燃料处理费用,再发展快堆技术,将乏燃料提取出的铀和钚制成的MOX燃料进行利用,实现真正的核燃料循环。

 

  日本本身并不掌握核武器技术,但日本这些年一直坚持发展核电站和后处理厂,有没有想往核武器上靠拢的意思就见仁见智了。

 

  我国属于贫铀国家,铀资源匮乏,早在上世纪80年代核电发展之初就确定了“闭式燃料循环”的政策,并于2010年设立了乏燃料处理处置基金,按照核电厂已投入商业运行五年以上压水堆核电机组的实际上网销售电量征收,征收标准为0.026/千瓦时。上世纪70年代,我国开始研究动力堆乏燃料后处理技术,自主设计和建造的乏燃料后处理中试厂。201012月,我国第一座动力堆乏燃料后处理中间试验工厂——中核集团公司四○四所中试工程热调试取得圆满成功。

 

  之所以花了这么多年,是因为当时的核电大环境原因,商用后处理跟乏燃料的产生量是密切相关的,当时我国只有秦山和大亚湾俩个核电站,乏燃料处理需求不急切,因此技术也就停摆了,一直到2000年以后核电再次发展后处理才随之慢慢复苏,但由于技术落后人才断层,所以我国目前的后处理技术力量已相对很薄弱了。因此我国也需要不间断的推行核电发展策略,因为一旦中止,想再次发展则要花费更多的人力物力财力和时间。

 

  七、再不赶紧处理,水池都放不下啦!

 

  但乏燃料后处理中间试验厂生产规模只有年处理量50吨,远远不能满足我国核电乏燃料后处理的需求。

 

  截止至20136月,除秦山三期核电站两台重水堆机组产生的乏燃料不需要后处理,红沿河、宁德等机组刚投产尚未产生乏燃料外,其他13台机组已累计产生乏燃料约2200吨。

 

  

 

  

  按照国家下发的核电发展规划,2020年核电装机总容量将达到5800万千瓦,如按乏燃料在堆贮存8年后外运计算,到2020年,乏燃料总累计量将达到约8700吨。

  

 

  我国现已产生的乏燃料除大亚湾核电站约400吨的乏燃料已运输到中核四○四有限公司乏燃料贮存水池外,其他仍贮存在堆水池中。而我国初期建设的500吨核电站乏燃料离堆贮存水池已接近饱和,正在扩建800吨的离堆贮存水池。若扩建水池建成,乏燃料离堆总贮存能力为1300吨,按照我国商用核电站的用量,也将在2018年满容。

 

  按照冷却8年外运计,到2020年,年需外运量将近300吨乏燃料,到2025年也将达千吨。从2016年开始,大亚湾核电站乏燃料的外运量将是现在的34倍,如果不能实现有效的运输和贮存,则会有停堆的风险。(目前大亚湾的乏燃料可以储存在相邻的岭澳核电站在堆贮存水池中,停堆的风险有所延后。)

 

  八、后处理厂有多复杂?

 

  乏燃料具有放射性强、毒性大、存在临界事故的危险等特点,所以后处理工厂不同于一般的化工厂,有其独特性。后处理厂的工艺设备被包在很厚的屏蔽墙里,须借助于远距离和自动化方法进行操作、控制和监测,对工作人员要采取周密的辐射防护措施,因此往往一般化工厂中很简单的操作,在后处理厂中会变得异常复杂。

 

  因此,后处理厂的基建费用极高,且我国的后处理技术与国外先进水平相比还有较大差距,工厂调试整改费用很高,因此核电站的后处理基金并不能满足后处理厂的资金需求。

 

  九、后处理厂需要多大资金规模?

 

  目前,后处理项目主要靠国家拨款,且无法实现盈利。现正与法国谈判的800吨后处理厂项目的总费用区间在千亿人民币左右。目前国内自主研究设计的200吨后处理项目正在可行性研究阶段,预计资金规模在300-400亿左右。

 

 

     作者:信达证券能源化工组 刘斌斌

 

 

热门文章

更多

专题文章

更多

友情链接

申请>>


告别煤炭开采公益网

晋ICP备15006854号 工作邮箱:unbergbau2015@126.com

使用手机软件扫描微信二维码

关注我们可获取更多热点资讯

告别煤炭开采公益网