目前，世(shi)界上大部分的核電(dian)站(zhan)是采(cai)用(yong)(yong)一次性燃(ran)料的大型輕水反應堆，其熱(re)力學發電(dian)效(xiao)率很(hen)低(di)，產生的乏燃(ran)料需要(yao)長(chang)期儲存，并且利(li)用(yong)(yong)了核燃(ran)料中1%的能量(liang)。

自核時代開始以(yi)來(lai)，已經有了應對上述(shu)問題的技(ji)術方案。例如(ru)，快中(zhong)子(zi)(zi)反應堆(dui)(dui)的鈾利用率可以(yi)遠高于熱中(zhong)子(zi)(zi)反應堆(dui)(dui)。但是(shi)，我(wo)們需要的不僅僅是(shi)更好的反應堆(dui)(dui)，因(yin)為無論哪(na)種反應堆(dui)(dui)，其核殘留物(wu)都(dou)需要得到(dao)處理。

核電不應(ying)比其他能源更昂貴(gui)。如果(guo)部署得當，只需要很少的(de)土地、材料和勞動力(li)。目(mu)前的(de)成(cheng)本(ben)主要來源于復(fu)雜(za)的(de)設計、高(gao)額的(de)初始(shi)投資、長壽(shou)命(ming)廢物處(chu)理成(cheng)本(ben)的(de)不確(que)定性、行業(ye)缺(que)乏活(huo)力(li)以及缺(que)乏可復(fu)制(zhi)模式。

在國際上，技術發展(zhan)的(de)(de)重點是新的(de)(de)反應堆設計(ji)，但同時，放(fang)射性廢物處置期限已(yi)成(cheng)為另一(yi)個(ge)關鍵點。

我們需要核(he)電(dian)來(lai)滿(man)(man)足一(yi)系列的(de)(de)需求(qiu)：它非常適(shi)合(he)作為其他低(di)碳能源的(de)(de)補充，例(li)如，在太(tai)陽能效率低(di)下的(de)(de)地方建設核(he)電(dian)。反應堆儲存(cun)的(de)(de)熱(re)量可以用(yong)來(lai)提供額外的(de)(de)電(dian)力(li)，以平衡其他間歇(xie)性的(de)(de)電(dian)力(li)來(lai)源。要實現這(zhe)一(yi)點(dian)，就必須滿(man)(man)足技(ji)術簡(jian)單、廢物管易(yi)處理這(zhe)兩個(ge)條件。

我(wo)們建(jian)議(yi)將乏核燃料分為(wei)兩類，一類作(zuo)為(wei)新的(de)核燃料進(jin)行(xing)回收，另(ling)一類是滿足一定標準，可以進(jin)行(xing)淺埋處理(li)的(de)廢(fei)物。

廢物(wu)管(guan)理問題已經(jing)多年沒有(you)得到妥善(shan)處(chu)(chu)理，一(yi)旦解決，將會有(you)更(geng)多的(de)商業(ye)公司使(shi)用核反應堆，相關企業(ye)會迅速崛起，開展核廢料處(chu)(chu)理業(ye)務。

反應堆類型

使(shi)用快中子(zi)反(fan)應堆(dui)和先(xian)進的燃料(liao)循環，可能會大大降低(di)用于終(zhong)端廢(fei)物處(chu)理成本，《未來(lai)核電藍(lan)圖》中討論了該技術。同(tong)時，新一代的小型反(fan)應堆(dui)采用模(mo)塊化設計，可以(yi)在工廠(chang)中大量(liang)建造并快速部署。

新的設計可(ke)以(yi)將安全功能納入固(gu)有系統(tong)，從而簡化設計及相關(guan)的許可(ke)和監(jian)管(guan)。其(qi)中(zhong)(zhong)包(bao)括(kuo)快中(zhong)(zhong)子(zi)反(fan)(fan)(fan)應堆(dui)(dui)(dui)的設計，其(qi)燃(ran)料的“裂變”效率要比(bi)傳統(tong)反(fan)(fan)(fan)應堆(dui)(dui)(dui)高得(de)多，因(yin)此能更好地(di)利用(yong)燃(ran)料，并比(bi)輕水堆(dui)(dui)(dui)產生更少的廢物。快中(zhong)(zhong)子(zi)反(fan)(fan)(fan)應堆(dui)(dui)(dui)最終將成為回收其(qi)自身(shen)燃(ran)料和其(qi)他反(fan)(fan)(fan)應堆(dui)(dui)(dui)遺留(liu)的乏燃(ran)料的關(guan)鍵技術。

將(jiang)生產好的反(fan)應堆運(yun)輸到(dao)目的地并進(jin)行安(an)裝(zhuang)，原則上也允(yun)許反(fan)應堆在停用(yong)后運(yun)回返(fan)廠。因此，用(yong)戶可以(yi)享受核反(fan)應堆的好處，而(er)不必(bi)操心有害物質處理(li)。

變廢為寶

說(shuo)“沒(mei)有(you)(you)人知道如何處理核(he)廢料”是不(bu)對的(de)，因為(wei)確實(shi)(shi)有(you)(you)技(ji)術上(shang)可(ke)行的(de)解決方(fang)案(主要是在(zai)穩定的(de)地質中(zhong)用工(gong)程屏(ping)(ping)障深埋)。然而，由于廢物在(zai)很長一(yi)段時間內的(de)演變以及短期(qi)和中(zhong)期(qi)的(de)發(fa)熱不(bu)確定性，目前幾乎沒(mei)有(you)(you)對乏燃(ran)料或高(gao)放射廢物(HLW)長期(qi)處置的(de)實(shi)(shi)踐。世(shi)界上(shang)很大(da)一(yi)部(bu)分(fen)乏燃(ran)料被儲(chu)(chu)(chu)存(cun)在(zai)池子里，這需(xu)要人為(wei)監督的(de)系統(tong)。其余的(de)大(da)部(bu)分(fen)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)在(zai)空(kong)氣(qi)冷(leng)卻的(de)屏(ping)(ping)蔽(bi)式(shi)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)箱(xiang)中(zhong)，仍然需(xu)要在(zai)未(wei)來有(you)(you)新的(de)永久性解決方(fang)案問世(shi)。

由于其(qi)壽命(ming)長，未完全(quan)處理的廢(fei)物造(zao)成了系統(tong)性(xing)風險(xian)，管理者必須對廢(fei)物承(cheng)擔(dan)長期的責(ze)任，但很少(shao)有(you)(you)組織能延續那(nei)么長時間。在(zai)美(mei)國(guo)，這個(ge)(ge)責(ze)任據說是由聯邦政(zheng)府(fu)承(cheng)擔(dan)，并(bing)電力公司收(shou)取費用。目前，政(zheng)府(fu)要求工業界(jie)付款，但并(bing)沒有(you)(you)徹底解決這個(ge)(ge)問題(ti)。美(mei)國(guo)政(zheng)府(fu)并(bing)沒有(you)(you)推(tui)動核(he)電供(gong)應商通過其(qi)他方(fang)式來(lai)解決廢(fei)物問題(ti)，而是維持了一次性(xing)的燃料循環。盡管存(cun)在(zai)缺點(dian)，但還是可以容(rong)忍(ren)的。

對(dui)核材料(liao)進行長(chang)期管理的最安全形式是根本不把它們儲存起(qi)來(lai)，而是將廢物分離處理，并通過“及時”程(cheng)序(xu)回收其余的廢物來(lai)實現。

為(wei)了向公眾展示可持(chi)續(xu)性，核(he)電站應(ying)該(gai)在停止運行后很快拆除(chu)。造成長期危害(hai)的燃(ran)料的成分(fen)應(ying)被回(hui)收(shou)，并轉(zhuan)換(huan)為(wei)新(xin)的核(he)燃(ran)料。鈾(輕度濃(nong)縮或(huo)貧化(hua)的鈾235同位素)可以從循(xun)環中添加或(huo)移(yi)除(chu)，以達到物質平(ping)衡的目的。

核(he)過程中產(chan)(chan)生的(de)廢物(主(zhu)要是(shi)裂變(bian)產(chan)(chan)物，而(er)非(fei)錒系等次要元(yuan)素)只是(shi)乏燃料(liao)的(de)一(yi)小部(bu)分，但(dan)這部(bu)分物質產(chan)(chan)生大(da)量的(de)熱(re)，是(shi)問題的(de)關鍵所在(zai)。裂變(bian)產(chan)(chan)物本身可以允許就(jiu)(jiu)地(di)處置，這是(shi)因為在(zai)物理(li)安全殼失效之(zhi)前，核(he)廢料(liao)將(jiang)(jiang)衰變(bian)到基(ji)本無害的(de)水平。如(ru)果將(jiang)(jiang)能(neng)(neng)產(chan)(chan)生熱(re)量的(de)部(bu)分分離(li)出來，這些熱(re)量就(jiu)(jiu)有可能(neng)(neng)被(bei)利(li)用。

無(wu)論回收計劃多么有(you)效，它都無(wu)法消(xiao)除所(suo)有(you)廢物(wu)(wu)。術語中描述為“低水平(ping)(ping)”的(de)(de)廢物(wu)(wu)通常可以通過現(xian)有(you)的(de)(de)淺埋設施進行管理(li)。出于(yu)物(wu)(wu)料(liao)平(ping)(ping)衡(heng)的(de)(de)目的(de)(de)，源(yuan)自乏燃(ran)料(liao)的(de)(de)鈾可以很容易地(di)被移除，并(bing)重(zhong)新(xin)輸入到新(xin)的(de)(de)核燃(ran)料(liao)中。

裂變產物的可持續利用

如(ru)果要(yao)利用裂變產(chan)品(pin)廢(fei)料的(de)(de)材料或產(chan)生的(de)(de)熱量，那么(me)必須(xu)確定足夠的(de)(de)需(xu)求。俄(e)羅(luo)斯將鍶-90用于(yu)放(fang)射(she)(she)(she)性同(tong)位素(su)(su)發(fa)電裝置，但(dan)能否將伽馬發(fa)射(she)(she)(she)同(tong)位素(su)(su)用于(yu)發(fa)電裝置值得懷疑。基(ji)于(yu)銫-137的(de)(de)伽馬輻照器也已建立，但(dan)規模不大。這(zhe)兩種應(ying)用目前還不成(cheng)熟。應(ying)該指出的(de)(de)是，加工(gong)廠將有可(ke)能提(ti)供镎-237，它是SNF的(de)(de)一個組成(cheng)部分。通過在反應(ying)堆(dui)中(zhong)的(de)(de)中(zhong)子輻照，镎-237可(ke)以轉化(hua)為钚-238，用于(yu)長距離太空探(tan)索的(de)(de)放(fang)射(she)(she)(she)性同(tong)位素(su)(su)發(fa)生器的(de)(de)高級放(fang)射(she)(she)(she)性核素(su)(su)。

最(zui)靈(ling)活的用途是對偏遠地(di)區(qu)供暖，該能源可能達到約(yue)10MW，適合幾百人的小社區(qu)。如果(guo)將裂變(bian)產(chan)品罐放置在一個(ge)地(di)下水池中，并(bing)與(yu)地(di)面進行熱(re)交換，由此產(chan)生的熱(re)水輸出可以為這些偏遠社區(qu)的家庭提(ti)供可靠和持續的區(qu)域(yu)供暖，類似于地(di)熱(re)能源，但在選擇的地(di)點不受(shou)限(xian)于地(di)熱(re)條件。

為了(le)安(an)全起見，在熱(re)交換系統(tong)發(fa)生(sheng)故障的情況下，地(di)下水池需(xu)要(yao)一個備用的熱(re)匯(hui)，將熱(re)水引致地(di)面。

這種熱(re)(re)源(yuan)熱(re)(re)流輸出穩(wen)定(ding)(ding)，通過定(ding)(ding)期向池中添加新的乏(fa)核燃料來補(bu)償放(fang)射(she)性(xing)衰變。到(dao)了(le)后(hou)期，該甚至可以轉移到(dao)地(di)面(mian)上進行熱(re)(re)交(jiao)換。約一百年(nian)(nian)后(hou)，該設施將不再顯(xian)著發(fa)熱(re)(re)，幾百年(nian)(nian)后(hou)，放(fang)射(she)性(xing)危險將消失。

國際倡議

這(zhe)里提出的想(xiang)法并不新奇(qi)，而是自核工業(ye)成(cheng)立以來就存在的。在美(mei)國，自卡特總統時(shi)代以來，核燃料(liao)回收(shou)斷斷續(xu)續(xu)的發展。在其他國家(特別是俄羅斯和中(zhong)國)，該(gai)項工作正在進一步(bu)發展。英國在這(zhe)一領域曾經(jing)具(ju)備了很(hen)強的能(neng)力，但隨(sui)著(zhu)杜(du)恩雷和塞拉(la)菲爾德核設施的關(guan)閉，這(zhe)些(xie)能(neng)力已消(xiao)耗殆盡(jin)。

法國(guo)的(de)核廢(fei)料處理(li)(li)能(neng)(neng)力也很強(qiang)，托木(mu)斯(si)克的(de)西伯利亞(ya)化工園區、季米特洛夫(fu)格勒(le)的(de)RIAR和(he)(he)周圍的(de)各種俄羅斯(si)研究所也都(dou)在(zai)(zai)積極開展工作，他(ta)們(men)擁有相關人才和(he)(he)設施(shi)。法國(guo)的(de)核研究機構CEA在(zai)(zai)2019年9月表示，“在(zai)(zai)本世紀(ji)下半葉之(zhi)前，沒有開發(fa)第四(si)(si)代(dai)反應(ying)堆計(ji)劃。”反應(ying)堆開發(fa)需(xu)要進行大量的(de)研發(fa)設計(ji)工作，以便能(neng)(neng)夠引入(ru)完整的(de)第四(si)(si)代(dai)反應(ying)堆和(he)(he)燃料循環設施(shi)，包(bao)括使(shi)放射性衰變期(qi)縮短的(de)廢(fei)物管(guan)理(li)(li)能(neng)(neng)力。如果有一項倡議(yi)提供(gong)足夠的(de)資源和(he)(he)贊助，上述技術可能(neng)(neng)會加快發(fa)展。

在較短的時間內，預計全面的第三(san)代(dai)反應堆(有(you)時被稱為第三(san)代(dai)+類型(xing)(xing))會(hui)逐步迭代(dai)改(gai)進，并(bing)且(qie)可能會(hui)有(you)新型(xing)(xing)小型(xing)(xing)和(he)中型(xing)(xing)反應堆進行早期部署(shu)，如Moltex、GE-Hitachi、Terrestrial Energy、ARC、Leadcold、NuScale、Holtec，等(deng)等(deng)。

基(ji)于快(kuai)中(zhong)子通量的新概念設(she)計通常(chang)是為了(le)降(jiang)低(di)單位(wei)成本，并可(ke)能(neng)成為建立(li)《未來核(he)電(dian)藍圖》原則(ze)的領導者。