◎本刊主筆 季天也

比坐飛機輻射小確保乏燃料運輸“ 霸氣 ” 不外漏

◎本刊主筆 季天也

生活垃圾的運輸，素來是由常在街頭出沒的環(huán)衛(wèi)垃圾車負(fù)責(zé)的，這一點大伙早已司空見慣。但有一種“垃圾”，雖然很少上路，但一上路就享受著外國領(lǐng)導(dǎo)人訪華的待遇：身披致密而堅硬的“鎧甲”、軍警部門全程押送、車隊浩浩蕩蕩……這個有著強大“氣場”的垃圾，就是來自核電廠的乏燃料。

乏燃料并非純廢料

核電廠發(fā)電所用的核燃料中，負(fù)責(zé)裂變供能的是核子數(shù)為235的鈾，稱為鈾-235。和煤炭、石油等常規(guī)燃料不同的是，核燃料中的鈾-235是無法一次性“燒”盡的，當(dāng)它的純度下降到一定程度，核燃料就不足以再維持核反應(yīng)的穩(wěn)定，導(dǎo)致反應(yīng)堆發(fā)電功率下降，這時的核燃料就成了乏燃料。所以，要在這個節(jié)點之前讓反應(yīng)堆停止運行，把燒“乏”的核燃料從反應(yīng)堆中卸出來，再換上一部分新的燃料才能接著發(fā)電。以主流的高壓輕水反應(yīng)堆（簡稱壓水堆）為例，一臺功率為百萬千瓦級（當(dāng)代核電機組的主流功率級別）的核電機組，每年產(chǎn)生的乏燃料為18～25噸。

負(fù)責(zé)世界各國核技術(shù)合作和安全監(jiān)管的國際原子能機構(gòu)（IAEA），根據(jù)放射性強度的差異，將包括核廢料在內(nèi)的所有放射性廢物分成6個等級，由低到高區(qū)別管理，依次是免管廢物（EW）、極短壽命廢物（VSLW）、極低水平放射性廢物（VLLW）、低水平放射性廢物（LLW）、中等水平放射性廢物（ILW）和高水平放射性廢物（HLW）。以乏燃料為代表的高放射性廢物，射性強、半衰期長、化學(xué)毒性大，盡管體積份額只占核電廠放射性廢物總量的3%，但對放射性水平的貢獻度卻高達(dá)95%。

乏燃料雖是用過的核燃料，但絕非像煤灰煤渣一樣淪為廢物。根據(jù)世界核協(xié)會（WNA）的數(shù)據(jù)，乏燃料中仍有九成以上的鈾，另有1.27%的钚和5.15%的裂變產(chǎn)物。乏燃料的安全出路有兩條，一是“一次通過”策略，就是直接把乏燃料當(dāng)作高放射性廢物來處置——經(jīng)冷卻、固化和特殊封裝后，進行500～1000米的地質(zhì)深埋，以屏蔽放射性和衰變熱。這種方法屬于開式循環(huán)，采用此方法的代表國家有美國、加拿大、西班牙、瑞典、芬蘭等。二是后處理策略，屬于閉式循環(huán)，即先用技術(shù)手段回收乏燃料中還沒燒完和仍有利用價值的鈾、钚等放射性核素，其余的再按放射性等級分門別類處理（詳見《環(huán)境與生活》2015年8月號《處理好的核廢物 輻射小于X光》一文）。為了提高鈾資源的利用率、節(jié)約空間、以及削弱核廢物的放射性危害和化學(xué)毒性，法國、中國、英國等國家都采用后處理策略。

乏燃料容器先要歷四“劫”

乏燃料的主要特性是極強的放射性和熱能釋放。為了公眾、環(huán)境和工作人員的安全，用來裝乏燃料的容器有著非常嚴(yán)格的設(shè)計和建設(shè)要求，不僅在正常情況下能耐受高溫并屏蔽放射性，還要扛得住運輸過程中可能發(fā)生的各種嚴(yán)重事故。

剛剛燒完的乏燃料余熱很猛，所以各個核電廠通常都建有乏燃料貯存水池，用來臨時儲存自身反應(yīng)堆卸出的乏燃料，以便冷卻其產(chǎn)生的衰變熱。暫存5～8年后，乏燃料的熱量冷卻到一定程度，再通過專業(yè)運輸，送到乏燃料后處理廠或集中貯存地。

據(jù)國際原子能機構(gòu)介紹，乏燃料容器從設(shè)計、生產(chǎn)到投用都需要經(jīng)過各國核安全監(jiān)管機構(gòu)的一系列嚴(yán)格又枯燥的審批流程，而且在實際“上崗”前還要歷盡四劫：撞擊、穿刺、火燒和水淹。一番摧殘之后，容器不能讓乏燃料“霸氣外漏”，容器外放射性劑量不能超過安全限值，并且不會引發(fā)鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)。

乏燃料鐵路運輸?shù)难b卸過程

乏燃料容器在正式使用前需要經(jīng)歷撞擊、穿刺、火燒和水淹四項測試，確保它能安全存放乏燃料。

幾十厘米重甲防“霸氣外漏”

為了屏蔽放射性，乏燃料容器有著厚達(dá)12～38厘米厚的外殼，由鋼材、混凝土等材料組成。在這種材質(zhì)和厚度下，公路運輸所用的乏燃料容器的滿載重量高達(dá)25噸，其中的乏燃料只有一兩噸重。鐵路運輸所用的容器可以攜帶20噸乏燃料，滿載重量150噸左右，比公路運輸容器的裝載率高了不少。容器的末端設(shè)有防撞緩沖裝置，用來吸收和化解事故帶來的沖擊力。核電機組數(shù)量最多的美國，在過去的35年間已經(jīng)安全運輸了超過1300次乏燃料，只有4次遭遇了事故，但都沒有造成放射性物質(zhì)泄漏。對于乏燃料運輸過程中的風(fēng)險，美國核管會最新的評估顯示：乏燃料例行運輸帶來的放射性水平，不超過公眾每年受到的天然本底輻射的千分之一，也就是2.4微希/年次左右，比坐一小時飛機受到的宇宙射線輻射劑量（約3微希）還低；放射性物質(zhì)在運輸事故中泄漏的概率低至十億分之一；如果不幸真的泄漏，其輻射劑量對最脆弱的人也不會造成直接傷害。

四部委聯(lián)動護送乏燃料

我國的核電廠都建在東部沿海，而乏燃料的集中貯存場所遠(yuǎn)在西北內(nèi)陸的甘肅地區(qū)，運輸里程長達(dá)三四千公里。為此，乏燃料的運輸也有一套嚴(yán)密的體系。按照《放射性物品運輸安全管理條例》《核反應(yīng)堆乏燃料道路運輸管理暫行規(guī)定》《道路危險貨物運輸管理規(guī)定》等規(guī)章制度要求，運輸之前需要做環(huán)境影響評價、安全分析等報批，要對路線、時間、重量、應(yīng)急措施等提出非常明確的計劃。

乏燃料的道路運輸被定性為“國家管制的核活動”，需要多個國家部委聯(lián)動，根據(jù)各自職能接手監(jiān)管任務(wù)。

國防科工委負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)乏燃料運輸管理活動，審查核發(fā)乏燃料轉(zhuǎn)移批準(zhǔn)文件和裝運批準(zhǔn)文件，審查乏燃料運輸事故應(yīng)急預(yù)案，監(jiān)督有關(guān)保密措施。

公安部負(fù)責(zé)乏燃料道路運輸?shù)墓舶踩芾?，審查核發(fā)乏燃料道路運輸通行證件，對乏燃料道路運輸?shù)膶嵨锉Ｗo實施監(jiān)督，指揮、協(xié)調(diào)地方公安機關(guān)查處危及乏燃料安全運輸?shù)陌福ㄊ拢┘?/p>

交通部負(fù)責(zé)乏燃料道路運輸承運人（單位）、駕駛員及其他運輸作業(yè)人員資格認(rèn)可的管理，協(xié)調(diào)乏燃料公路超限運輸車輛行駛道路的管理工作。

衛(wèi)計委負(fù)責(zé)乏燃料運輸工作人員的健康監(jiān)護和輻射防護監(jiān)督，組織提供乏燃料運輸事故應(yīng)急醫(yī)學(xué)支援。

用來運輸乏燃料的貨車都是經(jīng)過實地運輸考驗的專用車，運輸前不能想換就換。

武裝押運 逢跨省測輻射

按照規(guī)定，乏燃料運輸單位在運輸前兩個月應(yīng)該向國家核安全局提交《安全分析報告》和《環(huán)境評價報告》。在《安全分析報告》中，一般會提交兩條運輸線路，其中一條為正式線路，另一條是備選線路。一旦運輸前的審批流程走完，乏燃料就必須按照指定的時間、路線、車型和行駛速度上路運輸，同時要懸掛警示標(biāo)志，配備武裝押運人員，全程監(jiān)控。乏燃料的承運方都是有專業(yè)資質(zhì)的運輸公司，一般會使用經(jīng)過其他國家實地運輸考驗過的車輛，要求防火、防撞擊、防翻滾。路線方面則要求坡度小、隧道少、周圍地質(zhì)穩(wěn)定、不會出現(xiàn)泥石流/塌方，以及遠(yuǎn)離大城市和人口密集區(qū)的道路。如果要換車或換路線，需要進行很多次的試驗，并上報國家核安全局。當(dāng)各種參數(shù)符合都要求后才能獲批，這可是個大工程，不是運輸在即臨時說換就能換的。

我國乏燃料公路運輸體系從2000年開始建設(shè)，2003年首次實現(xiàn)大亞灣核電廠乏燃料運輸。從2003年8月15日，環(huán)保部國家核安全局發(fā)布的《關(guān)于頒發(fā)大亞灣核電站乏燃料公路運輸裝運批準(zhǔn)書的通知》可以看出，乏燃料的各項參數(shù)、運輸環(huán)境溫度、容器表面的輻射劑量、詳細(xì)路線等都有嚴(yán)格規(guī)定。乏燃料貨包每次啟運前由廣東省環(huán)保廳組織進行一次輻射監(jiān)測，到終點后卸貨前由甘肅省環(huán)保廳組織進行一次輻射監(jiān)測；沿途各省環(huán)保局在進入本省轄區(qū)第一個?？奎c，再組織進行一次輻射監(jiān)測，并見證運輸公司在該點的監(jiān)測結(jié)果。當(dāng)車輛經(jīng)過高度超過9米的橋梁和邊坡等架空路線，需進一步嚴(yán)格限速，并進行交通管制。

海路運輸來的乏燃料在法國某港口卸貨

計算機模擬的乏燃料運輸容器被火燒時的內(nèi)部熱量分布示意圖

未來需要公鐵海聯(lián)運

至今，我國已初步建立了乏燃料公路運輸體系，其中包括公路運輸?shù)妮椛浞雷o體系、應(yīng)急指揮與響應(yīng)體系、運輸及裝卸作業(yè)工具和專業(yè)隊伍。但與歐洲乏燃料綜合物流相比，我國對乏燃料的海路運輸和鐵路運輸還十分薄弱。

我國自2015年重啟核電以來，隨著越來越多的核電機組投入發(fā)電，乏燃料的運輸需求會快速增加。中國《能源》雜志2014年報道稱，乏燃料從大亞灣核電廠運至甘肅的接收地，從裝料、運輸?shù)叫读闲枰s3個月/次。加上冰雪、冰凍、臺風(fēng)等天氣影響，每年平均僅能執(zhí)行兩次運輸任務(wù)。根據(jù)國防科工局組織編寫的《核電站乏燃料處理處置基金2011～2020年使用規(guī)劃（專家咨詢稿）》，2016年前后，全國乏燃料年運輸量將增加到600組左右，在“十三五”期間，全國核電站所需外運的乏燃料總數(shù)將超過3000組，而我國目前乏燃料的公路運輸能力只有104組/年?？梢?，發(fā)展公、鐵、海多式聯(lián)運的乏燃料綜合物流，是大勢所趨。

乏燃料后處理節(jié)“鈾”減排

要緩解乏燃料壓力，除了加強運力，后處理這棵科技樹也得多加培育。

根據(jù)世界核協(xié)會（WNA）2013年的統(tǒng)計，中國可開采鈾資源儲量近20萬噸，只有全球的4%，并非富鈾國家。核燃料中，負(fù)責(zé)裂變供能的是鈾-235，還有少量鈾-238吸收中子后轉(zhuǎn)化而來的钚-239。鈾-235是地球上唯一天然存在的易裂變核素，但它在天然鈾資源中的含量僅有0.711%，其余99%以上幾乎都是不易裂變的鈾-238，被稱為可轉(zhuǎn)換材料。

輕水反應(yīng)堆（包括壓水堆和沸水堆）燃料中鈾-235含量為3%～5%才能發(fā)電，叫做低濃縮鈾。每生產(chǎn)1噸鈾-235含量為3%的低濃縮鈾，需要5.5噸天然鈾原料，其余4.5噸原料則淪為貧化鈾——鈾-235比例下降到0.2%左右，沒有工業(yè)價值。按“一次通過”法處理，輕水堆的鈾資源綜合利用率只有約0.6%，如果通過后處理把乏燃料中的鈾-235“榨”出來回用，一次循環(huán)就可以省“鈾”（指天然鈾）15%～20%；如果隨核反應(yīng)生成的钚239也一并回用，更可省“鈾”35%～40%，相當(dāng)于把鈾資源的綜合利用率提高到0.8%～1%，效率比開式核循環(huán)提升了1/3～2/3。法國作為乏燃料后處理的國際先驅(qū)，擁有一座該后處理能力達(dá)1700噸/年的“旗艦級”核燃料循環(huán)廠——阿格廠，滿負(fù)荷運行可承擔(dān)90～100臺百萬千瓦級核電機組的后處理需求，單是從乏燃料中回用的核燃料，就為法國貢獻了超過10%的電力。更重要的是，經(jīng)過后處理工序，乏燃料中真正淪為高放射性廢物的只剩不到4%，既減少了資源占用，又提升了核廢料的安全性。

本欄目責(zé)編/季天也jtyair2013@vip.163.com

乏燃料貯存水池是每座商用核電廠的標(biāo)配