俄閉式燃料循環(huán)建設(shè)取得重要進(jìn)展

2022 年1 月11 日，俄羅斯西伯利亞化學(xué)聯(lián)合體和圣彼得堡原子能設(shè)計(jì)院簽訂鉛冷快堆乏燃料后處理模塊設(shè)計(jì)合同。根據(jù)合同，后處理模塊的建設(shè)許可證申請(qǐng)將于2024年向監(jiān)管機(jī)構(gòu)提交。這意味著俄一體化快堆建設(shè)項(xiàng)目取得重要進(jìn)展。一體化快堆是指將快堆、乏燃料后處理、燃料制造和廢物管理等設(shè)施建在同一廠區(qū)，形成閉式燃料循環(huán)系統(tǒng)。

俄羅斯國家原子能集團(tuán)公司（下文簡(jiǎn)稱“俄原集團(tuán)”）一直致力于實(shí)現(xiàn)閉式燃料循環(huán)：已擁有一座后處理廠RT-1，正在建設(shè)一座后處理中試廠，計(jì)劃建設(shè)一座后處理商業(yè)大廠RT-2；近期在兩條燃料循環(huán)技術(shù)路線領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展；并積極推進(jìn)一體化快堆建設(shè)。

1 閉式循環(huán)政策導(dǎo)向明確，在聯(lián)邦法律和國家戰(zhàn)略層面保障后處理能力建設(shè)

為早日實(shí)現(xiàn)閉式燃料循環(huán)，俄在聯(lián)邦法律、國家戰(zhàn)略等層面為推進(jìn)后處理廠建設(shè)提供了保障。

在聯(lián)邦法律層面，俄對(duì)乏燃料的管理及后處理行為進(jìn)行了明確規(guī)定，包括：

?《原子能利用法》是俄原子能利用領(lǐng)域的基本法，規(guī)范了原子能利用的法律框架和原則，對(duì)后處理領(lǐng)域相關(guān)機(jī)構(gòu)的權(quán)責(zé)分配進(jìn)行了規(guī)定，并允許進(jìn)口乏燃料，進(jìn)行貯存或后處理。

?《核燃料循環(huán)設(shè)施通用安全規(guī)定》規(guī)定了核燃料循環(huán)設(shè)施的核與輻射安全原則、標(biāo)準(zhǔn)和一般要求。

?《乏燃料后處理設(shè)施的聯(lián)邦規(guī)范和規(guī)則·安全要求》（NP-013-99）對(duì)后處理設(shè)施的安全問題進(jìn)行了說明，規(guī)定了后處理設(shè)施的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行的安全原則、標(biāo)準(zhǔn)和要求。

?《乏燃料干法貯存設(shè)施·安全要求》（NP-035-02）專門規(guī)定了核燃料循環(huán)設(shè)施場(chǎng)址內(nèi)干法貯存設(shè)施的安全要求。

在國家戰(zhàn)略層面，俄原集團(tuán)2008 年出臺(tái)了《乏燃料處理理念》，討論了所有涉及乏燃料管理的工程安排及相關(guān)部署，并對(duì)俄核燃料循環(huán)后段產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了長(zhǎng)期規(guī)劃。未來核燃料循環(huán)后段產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要分兩個(gè)階段。

2030 年前為準(zhǔn)備期，在這一階段將完成系列骨干建設(shè)項(xiàng)目，初步解決乏燃料無限期累積問題。相關(guān)項(xiàng)目包括乏燃料離堆貯存設(shè)施、混合氧化物（MOX）燃料制造廠、后處理中試廠等設(shè)施的建設(shè)以及RT-1后處理廠的技術(shù)改造。

2030 至2050 年為落實(shí)期，在這一階段將落實(shí)快堆建設(shè)和鈾钚循環(huán)利用項(xiàng)目，推動(dòng)核能產(chǎn)業(yè)向“創(chuàng)新能源”升級(jí)。

2011 年，俄原集團(tuán)出臺(tái)《2011—2020 年及至2030年前基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和乏燃料后處理計(jì)劃》，為后段業(yè)務(wù)領(lǐng)域設(shè)定兩個(gè)關(guān)鍵方向：一是優(yōu)先實(shí)現(xiàn)后處理業(yè)務(wù)的商業(yè)化，創(chuàng)造利潤(rùn)。二是有效解決國家核遺產(chǎn)與輻射安全等公共問題。

2015 年，俄政府批準(zhǔn)《2016—2020 年及至2030年核與輻射安全聯(lián)邦目標(biāo)計(jì)劃》，明確要求將約20%的資金用于推動(dòng)乏燃料與放射性廢物處理處置基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2 積極提升后處理能力，同時(shí)推進(jìn)一體化快堆建設(shè)

由于后處理廠產(chǎn)能不足，俄原集團(tuán)在馬雅克生產(chǎn)聯(lián)合體以及礦業(yè)與化學(xué)聯(lián)合體建設(shè)了乏燃料集中式中間貯存設(shè)施。為實(shí)現(xiàn)閉式燃料循環(huán)，俄對(duì)現(xiàn)有后處理廠進(jìn)行了技術(shù)改造，積極推進(jìn)先進(jìn)后處理技術(shù)研發(fā)，并大力開展一體化快堆建設(shè)。

2.1 RT-1后處理廠

RT-1廠采用普雷克斯工藝，1977年投運(yùn)，從2000 年開始持續(xù)進(jìn)行技術(shù)改造，可對(duì)俄絕大多數(shù)反應(yīng)堆（包括VVER-1000、BN-600、AMB反應(yīng)堆、核潛艇動(dòng)力堆、破冰船動(dòng)力堆和研究堆）的乏燃料進(jìn)行后處理，處理能力為每年400噸。該廠運(yùn)行狀況良好，但其放化作業(yè)過程屬于“臟”生產(chǎn)，會(huì)產(chǎn)生大量高放廢液。該廠將在RT-2 廠投運(yùn)后關(guān)閉。

2.2 后處理中試廠

為推進(jìn)后處理技術(shù)發(fā)展，在技術(shù)上為商業(yè)大廠RT-2 的建設(shè)做準(zhǔn)備，俄2011 年在礦業(yè)與化學(xué)聯(lián)合體啟動(dòng)中試廠建設(shè)。該廠采用經(jīng)過優(yōu)化的普雷克斯工藝，能夠大幅減少放射性廢物的產(chǎn)生，并且不排放放射性廢液。中試廠分兩期建設(shè)：一期工程于2018 年5 月完成建設(shè)和設(shè)備調(diào)試，做好投運(yùn)準(zhǔn)備，具備每年處理5 噸乏燃料的能力；二期工程正在建設(shè)，建成后將具備每年處理250 噸乏燃料的能力。未來還將在該廠建設(shè)一座燃料制造設(shè)施。

2.3 RT-2后處理廠

上世紀(jì)70 年代，俄計(jì)劃在礦業(yè)與化學(xué)聯(lián)合體建設(shè)產(chǎn)能為每年1500 噸的商業(yè)大廠RT-2，主要用于處理VVER-1000 乏燃料，原計(jì)劃1990 年建成投產(chǎn)。由于公眾反對(duì)和缺乏資金，1989 年10 月宣布該廠推遲建設(shè)。當(dāng)時(shí)，該廠已完成貯存水池建設(shè)，后處理廠房已完成30%的建設(shè)任務(wù)。未來俄將使用已在中試廠得到示范的技術(shù)建設(shè)RT-2廠。預(yù)計(jì)該廠將于2035年左右投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為每年1500噸。

2.4 “突破”計(jì)劃

為推進(jìn)一體化快堆建設(shè)，俄原集團(tuán)2011 年啟動(dòng)“突破”計(jì)劃，目標(biāo)是在西伯利亞化學(xué)聯(lián)合體建設(shè)一個(gè)中間示范電力綜合體。該綜合體將由位于同一場(chǎng)區(qū)的三個(gè)模塊組成：BREST-OD-300鉛冷快堆模塊、乏燃料后處理模塊和致密混合鈾钚氮化物（MNUP）燃料制造/再加工模塊。三個(gè)模塊建成后，俄將獲得全球首個(gè)在同場(chǎng)址擁有快堆及配套閉式燃料循環(huán)設(shè)施的綜合體。

鉛冷快堆模塊已于2021 年6 月正式啟動(dòng)建設(shè)，將于2026年建成投運(yùn)；MNUP燃料制造/再加工模塊于2014 年8 月啟動(dòng)建設(shè)，將于2023 年建成；乏燃料后處理模塊將于2024 年提交建設(shè)許可證申請(qǐng)。

3 兩條燃料循環(huán)技術(shù)路線領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展

對(duì)于從乏燃料提取出來的鈾和钚，俄原集團(tuán)已在兩條燃料循環(huán)技術(shù)路線方面取得突破性進(jìn)展：一是以MOX 燃料形式在快堆中循環(huán)利用，二是以再生混合物（REMIX）燃料形式在現(xiàn)有VVER-1000反應(yīng)堆中循環(huán)利用。

礦業(yè)與化學(xué)聯(lián)合體已建成一座產(chǎn)能為每年60 噸重金屬的MOX 燃料制造設(shè)施，每年可為BN-800 和未來BN-1200 鈉冷快堆生產(chǎn)400 個(gè)MOX燃料組件。在別洛雅爾斯克3號(hào)機(jī)組即唯一的BN-800快堆中，60%的堆芯已裝填MOX燃料，全堆芯MOX燃料這一目標(biāo)將于2022年成為現(xiàn)實(shí)。

圖1 俄羅斯“突破”計(jì)劃設(shè)施示意圖

REMIX 燃料由回收鈾钚混合物（即通過乏燃料后處理獲得的鈾钚混合物）和濃縮鈾（鈾-235豐度最高為17%）制成，钚-239含量約為1%，鈾-235 含量約為4%，中子譜與傳統(tǒng)輕水堆濃縮鈾燃料差別不大，因此堆芯中燃料組件的行為以及因鈾增殖產(chǎn)生的钚數(shù)量與傳統(tǒng)輕水堆燃料類似。這意味著核電運(yùn)營商不需要對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)進(jìn)行任何修訂，也不需要采取額外安全措施，即可在反應(yīng)堆中使用REMIX燃料。REMIX燃料棒已于2016至2021年在巴拉科沃3號(hào)機(jī)組中完成輻照測(cè)試。首批共計(jì)6個(gè)REMIX燃料組件已于2021 年12 月裝入巴拉科沃1 號(hào)機(jī)組，將在這臺(tái)VVER-1000 機(jī)組中經(jīng)歷三個(gè)換料周期（總計(jì)五年）的輻照。

4 結(jié)語

俄羅斯從蘇聯(lián)時(shí)期就開始實(shí)施閉式燃料循環(huán)政策，對(duì)乏燃料進(jìn)行后處理，確保裂變產(chǎn)物的可持續(xù)安全管理，并對(duì)可回收材料進(jìn)行循環(huán)利用。多年來，俄羅斯一直積極發(fā)展先進(jìn)乏燃料后處理技術(shù)，成為世界上少數(shù)有能力開展此項(xiàng)業(yè)務(wù)的國家之一。

俄原集團(tuán)長(zhǎng)期致力于國際核能市場(chǎng)開發(fā)，擁有覆蓋鈾礦開采、鈾轉(zhuǎn)化與濃縮、核燃料生產(chǎn)、核能機(jī)械制造、核電站設(shè)計(jì)與建設(shè)、乏燃料后處理的核工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈，核能技術(shù)自主化程度極高，主要產(chǎn)品與服務(wù)出口不依賴第三國，可提供核燃料循環(huán)全壽期服務(wù)，一站式滿足客戶國對(duì)核電項(xiàng)目的所有需求，在國際核電市場(chǎng)中具有顯著競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。