全球为何仍无法解决核废料回收利用的问题

核能无法解决的回收利用问题

核能正经历真正的复兴，新反应堆在许多国家建设或处于高级规划阶段，先进反应堆设计吸引了前所未有的私人投资，各国政府承诺将核能作为清洁能源战略的核心。然而，核能最持久的实际挑战之一——如何处理乏燃料——仍然在很大程度上未得到解决，MIT Technology Review的详细分析研究了为什么对该燃料的再处理和回收这一明显解决方案未能获得更广泛的采用。

乏核燃料的基本化学性质使回收在概念上相当直接。铀燃料棒在反应堆中使用后，只有一小部分裂变材料被实际消耗。乏燃料含有大量铀-238、较少量的裂变plutonium-239和铀-235，以及各种短生命周期的裂变产物和长生命周期的actinides。通过化学再处理分离这些成分，可以将铀和plutonium回收为新燃料，既减少了需要永久处置的高放射性废料体积，又减少了新开采铀的需求。

法国为什么这样做而美国不这样做

法国自1976年以来在La Hague设施运营商业核燃料再处理，回收其自有反应堆以及日本、德国和其他国家客户的乏燃料。法国项目已处理数千吨乏燃料，证明了再处理在工业规模上在技术上是可行的。日本同样在Rokkasho投资了大量再处理基础设施，尽管该设施面临多次延误。

相比之下，美国在1977年卡特总统执政期间明确禁止了商业再处理，原因是担心在民用核设施中分离plutonium——可用于核武器——的扩散风险。该政策在里根总统执政期间名义上被推翻，但商业再处理从未重启，美国乏燃料在干式罐存储中积累，等待一个尚未建成的永久储存库。

经济学是重要解释部分。在当前铀价格下，再处理比开采新铀更昂贵，铀价格保持足够低，使得公用事业公司几乎没有经济动力支付回收燃料的溢价。没有碳价格来计算铀开采的长期成本，或没有再处理的政策授权，市场信号指向继续使用新燃料和在临时存储中继续积累乏燃料。

扩散风险

激励卡特原始禁令的扩散风险并未消失。传统再处理中使用的PUREX流程以纯形式分离plutonium，理论上可能被转移用于武器——当再处理技术被核意图模糊的国家寻求时，这一问题尤其敏锐。

已开发和演示的替代再处理技术使plutonium与其他actinides混合——使其不太适合武器使用，同时仍允许将其回收为反应堆燃料。UREX+和热燃烧方法属于这一类别，但都未被商业部署，从实验室演示向工业规模运营的过渡需要大多数国家未提供的持续投资和监管批准。

先进反应堆改变方程

新兴的先进核反应堆——特别是快中子反应堆——以重要方式改变了废料计算。快反应堆可以使构成高放射性核废料最长生命周期成分的actinides作为燃料，有效地将最成问题的废料成分转化为短生命周期的裂变产物。一支快反应堆与再处理设施配对，原则上可以大幅减少需要永久地质处置的废料体积和寿命。

这一情景激励了先进反应堆开发商和核政策分析师对再处理的更新兴趣。但它需要系统级投资——在再处理能力和快反应堆部署中——远超任何单一国家的承诺，该系统成熟的时间表以数十年而非数年衡量。

本文基于MIT Technology Review的报道。阅读原文。