沒有前車沒有轍，中國的重水堆科研人員正在進行的一項嘗試，很可能改變核能資源的利用現(xiàn)狀，甚至影響整個核能產業(yè)的發(fā)展。而從2008年至今，這項嘗試如同一把鑰匙，打開了全球經濟高效利用回收鈾的一扇大門。

　　今年7月14日，秦山核電與中國原子能科學研究院聯(lián)合開發(fā)的回收鈾生產線放射性廢液處理實驗通過國內專家審查，回收鈾燃料組件生產進入了倒計時階段。這也意味著，秦山核電三期重水堆回收鈾研發(fā)項目，又向既定目標邁進了一步。而在秦山核電張振華和他的回收鈾研發(fā)團隊看來，這條無人走過的路，會越拓越寬。

　　什么是回收鈾？利用回收鈾的價值和意義何在？“非主流”的重水堆在核能產業(yè)中如何定位？未來將扮演何種角色？帶著這些問題，記者近日走進秦山核電，探尋答案。

　　填補閉式循環(huán)缺口

　　中國核電產業(yè)發(fā)展至今，有兩個關鍵問題亟需解決：鈾資源有限和乏燃料處置。前端和后端的雙重困境，制約著整個產業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，必須最大限度提升鈾資源的利用率，同時最大限度降低乏燃料存貯壓力。

　　相關資料顯示，按照我國目前的核電發(fā)展規(guī)模和速度測算，到2020年將累積產生乏燃料7500-10000噸，2030年將達到20000-25000噸。

　　盡早處理現(xiàn)有的乏燃料，并有效利用后處理的回收物，迫在眉睫。業(yè)內人士表示，目前核電規(guī)模化發(fā)展，但后處理卻明顯滯后。回收鈾研究必須要前瞻性地提前進行，不能等到后處理產能釋放后再做。

　　據張振華介紹，我國已經確定“三步走”和閉式燃料循環(huán)技術路線，強調乏燃料后處理、回收核燃料再利用和放射性高放廢物處置。“在后處理產品中，回收钚站1%，回收鈾占比94%，還有5%的高放廢物。”

　　而根據目前的技術路線，回收钚作為戰(zhàn)略資源通過MOX燃料實現(xiàn)在快堆的循環(huán)利用，高放廢物將進行地址處置，唯獨回收鈾沒有排在利用之列。

　　作為后處理廠在壓水堆乏燃料中化學分離并提取出的一種重要產物，回收鈾中鈾-235的含量要高于天然鈾。數(shù)據顯示，100噸回收鈾可抵140噸左右的天然鈾。

　　“光用钚，而閑置鈾，后處理的經濟性無法體現(xiàn)，鈾資源也沒有高效利用。”張振華說，“回收鈾不是廢物，而是重要的核能資源。目前世界上已有壓水堆乏燃料回收鈾近10萬噸存貯待用。”

　　既然如此，為何回收鈾被“棄而不用”？

　　“壓水堆用它沒有經濟性。”(科研處處長)喬剛表示，“目前世界上在運主流堆型為壓水堆，要利用回收鈾，需要經過再濃縮，且濃縮后的回收鈾放射性水平比天然鈾高幾十倍，導致其在制造、運輸和使用方面的成本加大，遠高于直接采用天然鈾的成本。”

　　但是，壓水堆的“得不償失”，卻正是重水堆的優(yōu)勢。重水堆回收鈾項目研發(fā)正是超前考慮到這個問題，將核燃料閉式循環(huán)的缺口——回收鈾做了利用，實現(xiàn)了閉式循環(huán)的真正閉合。

　　“回收鈾用在重水堆上，不需要再濃縮，放射性也只比天然鈾高2到3倍，完全可控，燃料的經濟性總體低于現(xiàn)有的天然鈾燃料成本。”喬剛說。

　　張振華指出，我國是世界上少數(shù)幾個既有壓水堆又有重水堆和后處理的國家，實現(xiàn)回收鈾在重水堆上的循環(huán)再利用，對提高鈾資源利用率、減輕核燃料供應壓力、構建核燃料閉式循環(huán)體系具有重要意義。

　　工程應用科學推進

　　以最少的天然鈾資源，發(fā)最多的電，同時產生最少的放射性廢物，核燃料閉式循環(huán)路線的目的再清晰不過。而這也正是重水堆“吃”壓水堆回收鈾所能發(fā)揮作用的關鍵所在。

　　國際上上世紀90年代便開展了壓水堆乏燃料在重水堆上利用的研究，，但技術實現(xiàn)難度較大，遲遲無法突破。

　　然而，秦山核電回收鈾研發(fā)團隊創(chuàng)新性地提出“等效天然鈾”概念，開辟出一條回收鈾工程應用的漸進式新路。

　　等效天然鈾燃料是一種與天然鈾在中子物理學上等效的回收鈾燃料，由回收鈾和貧鈾混合而成，可實現(xiàn)壓水堆回收鈾在重水堆上經濟高效利用，將鈾資源利用率總體提高20%左右。此種方法可簡化很多問題，國內在制造和使用方面都不存在重大技術問題。

　　“先以等效天然鈾方式利用回收鈾，取得一定的經驗之后再逐步實現(xiàn)經濟效益更高的回收鈾直接利用。”張振華認為，這種漸進的方式，最符合實際和科學性。

　　正是這樣的“技術妥協(xié)”，為回收鈾入堆接受考驗，以及全堆應用爭取到了機會。

　　2009年，回收鈾研發(fā)項目被國防科工局列入國家核能開發(fā)項目，并提供科研經費支持，年底國家核安全局批準秦山三核關于等效天然鈾燃料入堆示范驗證的申請。2010年，國防科工局將“等效天然鈾技術研發(fā)和入堆示范驗證項目” 列入了國家“十二五”核能開發(fā)項目，并提供了經費支持。

　　2010年3月，國際上首次回收鈾燃料棒束入堆示范試驗結果顯示：利用相同量的回收鈾，重水堆可比壓水堆多發(fā)電32%。之后，首批卸出的示范棒束和全部卸出的24根示范棒束水下檢查表明：天然鈾棒束和回收鈾棒束輻照性能一致。

　　這樣的結果，讓張振華和研發(fā)團隊激動不已，也看到了更多的希望。而下一步，就是推進實施工程應用兩步走戰(zhàn)略：第一步開發(fā)等效天然鈾技術，用于秦山三期運行的重水堆；第二步結合重水堆新建項目，開發(fā)回收鈾直接利用技術。

　　2013年，國家能源局將“壓水堆回收鈾在商用重水堆全堆應用項目” 列入國家能源自主創(chuàng)新項目，提供了經費支持。重水堆對回收鈾的經濟高效利用產業(yè)化將實現(xiàn)。

　　據記者了解，一旦全堆應用實施以后，秦山兩臺重水堆發(fā)電每年將消耗140噸回收鈾、60噸貧鈾，每年為國家節(jié)省200噸天然鈾資源，相當于省出一個中型鈾礦的年產能。而且，全堆應用后，除去回收鈾原料和生產線改造等各種成本，秦山三期兩臺重水堆還可以一定的經濟收益。

　　對于重水堆新項目，張振華告訴記者，距離秦山核電6.9公里處的長山廠址最優(yōu)，未來考慮先新建兩臺先進燃料重水堆（AFCR），完成回收鈾直接利用技術研發(fā)應用。但他也表示了擔憂，“如果新建項目進展緩慢，我們在國際重水堆回收鈾領域的前沿性研究工作將受到影響，回收鈾的價值也就無法凸顯。”

　　據科研人員測算，四臺壓水堆機組所產生的回收鈾，正好夠一臺重水堆機組“消化”。這種四加一模式，也正好是熱堆閉式循環(huán)的體現(xiàn)，對鈾資源的高效利用得到了業(yè)內人士的普遍認同。

　　而在未來，重水堆與后處理的配套性將逐漸體現(xiàn)。以200噸后處理廠為例，其可處理約8臺壓水堆乏燃料，回收鈾可供3臺先進燃料重水堆使用，回收钚可供2臺快堆使用。

　　釷資源利用發(fā)力

　　重水堆在核燃料循環(huán)中的特殊地位已經凸顯，而釷資源開發(fā)利用是其更為長遠和重要的優(yōu)勢。

　　據了解，我國釷資源儲量豐富，內蒙古白云鄂博礦區(qū)主東礦中釷資源儲量約占全國的77％，但利用率幾乎為零。目前，核能利用是釷資源利用的主要方式，尤其是重水堆獨有的燃料靈活性，更易實現(xiàn)釷燃料的工程應用。

　　2008年，國家能源局提出“以重水堆核電站為突破口進行釷資源的核能利用”。2009年7月，秦山三核聯(lián)合國內外三方完成重水堆利用釷燃料可行性研究。對此，之后的專家咨詢會得出結論：釷燃料重水堆工程上可行，安全上有增強，經濟性預期良好。“考慮到世界上還沒有釷堆，以及國內相關基礎技術還非常薄弱，應考慮分階段漸進發(fā)展來實現(xiàn)重水堆對釷資源的核能利用。”

　　而根據張振華和其研發(fā)團隊的想法，直接利用回收鈾技術將為釷燃料示范提供最佳實踐平臺。

　　釷資源工程應用采用與回收鈾應用相同的模式：在新建的先進燃料重水堆（AFCR）實現(xiàn)直接利用回收鈾作為燃料時，先將釷燃料入堆做輻照考驗，然后再過渡到釷燃料直接利用。

　　在研發(fā)團隊對重水堆在燃料循環(huán)體系中的定位中，資源利用和開發(fā)呈現(xiàn)出漸進式：近期，也就是到2020年，重水堆直接利用回收鈾，提高鈾資源利用效率，提高后處理經濟性；作為試驗平臺，開展釷資源核能利用研究。中期，2020-2030年，重水堆進一步利用回收鈾實現(xiàn)釷資源核能利用，開辟新的核燃料來源；開展釷鈾循環(huán)研究，減輕快堆發(fā)展的壓力。2030年之后，重水堆利用壓水堆運行所積累的回收鈾發(fā)電；釷鈾循環(huán)作為鈾钚循環(huán)的備用手段；為聚變堆發(fā)展提供核燃料-氚。”

　　“鑒于重水堆在回收鈾和釷資源利用方面的優(yōu)勢，充分考慮其在我國閉式核燃料循環(huán)體系中能起的作用，給予科學定位，將有利于維持我國的核電規(guī)模持續(xù)發(fā)展。”張振華最后強調。