◎本刊主筆 季天也

比坐飛機(jī)輻射小確保乏燃料運(yùn)輸“ 霸氣 ” 不外漏

◎本刊主筆 季天也

生活垃圾的運(yùn)輸，素來(lái)是由常在街頭出沒(méi)的環(huán)衛(wèi)垃圾車負(fù)責(zé)的，這一點(diǎn)大伙早已司空見(jiàn)慣。但有一種“垃圾”，雖然很少上路，但一上路就享受著外國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人訪華的待遇：身披致密而堅(jiān)硬的“鎧甲”、軍警部門全程押送、車隊(duì)浩浩蕩蕩……這個(gè)有著強(qiáng)大“氣場(chǎng)”的垃圾，就是來(lái)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(wú)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(shí)的核燃料就成了乏燃料。所以，要在這個(gè)節(jié)點(diǎn)之前讓反應(yīng)堆停止運(yùn)行，把燒“乏”的核燃料從反應(yīng)堆中卸出來(lái)，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(jiǎn)稱壓水堆）為例，一臺(tái)功率為百萬(wàn)千瓦級(jí)（當(dāng)代核電機(jī)組的主流功率級(jí)別）的核電機(jī)組，每年產(chǎn)生的乏燃料為18～25噸。

負(fù)責(zé)世界各國(guó)核技術(shù)合作和安全監(jiān)管的國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA），根據(jù)放射性強(qiáng)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(gè)等級(jí)，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(qiáng)、半衰期長(zhǎng)、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(duì)放射性水平的貢獻(xiàn)度卻高達(dá)95%。

乏燃料雖是用過(guò)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(huì)（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(guò)”策略，就是直接把乏燃料當(dāng)作高放射性廢物來(lái)處置——經(jīng)冷卻、固化和特殊封裝后，進(jìn)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(kāi)式循環(huán)，采用此方法的代表國(guó)家有美國(guó)、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(méi)燒完和仍有利用價(jià)值的鈾、钚等放射性核素，其余的再按放射性等級(jí)分門別類處理（詳見(jiàn)《環(huán)境與生活》2015年8月號(hào)《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(guó)、中國(guó)、英國(guó)等國(guó)家都采用后處理策略。

乏燃料容器先要?dú)v四“劫”

乏燃料的主要特性是極強(qiáng)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(lái)裝乏燃料的容器有著非常嚴(yán)格的設(shè)計(jì)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(yùn)輸過(guò)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(gè)核電廠通常都建有乏燃料貯存水池，用來(lái)臨時(shí)儲(chǔ)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(guò)專業(yè)運(yùn)輸，送到乏燃料后處理廠或集中貯存地。

據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)介紹，乏燃料容器從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到投用都需要經(jīng)過(guò)各國(guó)核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)的一系列嚴(yán)格又枯燥的審批流程，而且在實(shí)際“上崗”前還要?dú)v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(guò)安全限值，并且不會(huì)引發(fā)鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)。

乏燃料鐵路運(yùn)輸?shù)难b卸過(guò)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(xiàng)測(cè)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(lái)吸收和化解事故帶來(lái)的沖擊力。核電機(jī)組數(shù)量最多的美國(guó)，在過(guò)去的35年間已經(jīng)安全運(yùn)輸了超過(guò)1300次乏燃料，只有4次遭遇了事故，但都沒(méi)有造成放射性物質(zhì)泄漏。對(duì)于乏燃料運(yùn)輸過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，美國(guó)核管會(huì)最新的評(píng)估顯示：乏燃料例行運(yùn)輸帶來(lái)的放射性水平，不超過(guò)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(shí)飛機(jī)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(yùn)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(duì)最脆弱的人也不會(huì)造成直接傷害。

四部委聯(lián)動(dòng)護(hù)送乏燃料

我國(guó)的核電廠都建在東部沿海，而乏燃料的集中貯存場(chǎng)所遠(yuǎn)在西北內(nèi)陸的甘肅地區(qū)，運(yùn)輸里程長(zhǎng)達(dá)三四千公里。為此，乏燃料的運(yùn)輸也有一套嚴(yán)密的體系。按照《放射性物品運(yùn)輸安全管理?xiàng)l例》《核反應(yīng)堆乏燃料道路運(yùn)輸管理暫行規(guī)定》《道路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理規(guī)定》等規(guī)章制度要求，運(yùn)輸之前需要做環(huán)境影響評(píng)價(jià)、安全分析等報(bào)批，要對(duì)路線、時(shí)間、重量、應(yīng)急措施等提出非常明確的計(jì)劃。

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

國(guó)防科工委負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)乏燃料運(yùn)輸管理活動(dòng)，審查核發(fā)乏燃料轉(zhuǎn)移批準(zhǔn)文件和裝運(yùn)批準(zhǔn)文件，審查乏燃料運(yùn)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(yùn)輸?shù)墓舶踩芾?，審查核發(fā)乏燃料道路運(yùn)輸通行證件，對(duì)乏燃料道路運(yùn)輸?shù)膶?shí)物保護(hù)實(shí)施監(jiān)督，指揮、協(xié)調(diào)地方公安機(jī)關(guān)查處危及乏燃料安全運(yùn)輸?shù)陌福ㄊ拢┘?/p>

交通部負(fù)責(zé)乏燃料道路運(yùn)輸承運(yùn)人（單位）、駕駛員及其他運(yùn)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(yùn)輸車輛行駛道路的管理工作。

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

用來(lái)運(yùn)輸乏燃料的貨車都是經(jīng)過(guò)實(shí)地運(yùn)輸考驗(yàn)的專用車，運(yùn)輸前不能想換就換。

武裝押運(yùn) 逢跨省測(cè)輻射

按照規(guī)定，乏燃料運(yùn)輸單位在運(yùn)輸前兩個(gè)月應(yīng)該向國(guó)家核安全局提交《安全分析報(bào)告》和《環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告》。在《安全分析報(bào)告》中，一般會(huì)提交兩條運(yùn)輸線路，其中一條為正式線路，另一條是備選線路。一旦運(yùn)輸前的審批流程走完，乏燃料就必須按照指定的時(shí)間、路線、車型和行駛速度上路運(yùn)輸，同時(shí)要懸掛警示標(biāo)志，配備武裝押運(yùn)人員，全程監(jiān)控。乏燃料的承運(yùn)方都是有專業(yè)資質(zhì)的運(yùn)輸公司，一般會(huì)使用經(jīng)過(guò)其他國(guó)家實(shí)地運(yùn)輸考驗(yàn)過(guò)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(huì)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(jìn)行很多次的試驗(yàn)，并上報(bào)國(guó)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(gè)大工程，不是運(yùn)輸在即臨時(shí)說(shuō)換就能換的。

我國(guó)乏燃料公路運(yùn)輸體系從2000年開(kāi)始建設(shè)，2003年首次實(shí)現(xiàn)大亞灣核電廠乏燃料運(yùn)輸。從2003年8月15日，環(huán)保部國(guó)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(yùn)輸裝運(yùn)批準(zhǔn)書(shū)的通知》可以看出，乏燃料的各項(xiàng)參數(shù)、運(yùn)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(yùn)前由廣東省環(huán)保廳組織進(jìn)行一次輻射監(jiān)測(cè)，到終點(diǎn)后卸貨前由甘肅省環(huán)保廳組織進(jìn)行一次輻射監(jiān)測(cè)；沿途各省環(huán)保局在進(jìn)入本省轄區(qū)第一個(gè)?？奎c(diǎn)，再組織進(jìn)行一次輻射監(jiān)測(cè)，并見(jiàn)證運(yùn)輸公司在該點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)高度超過(guò)9米的橋梁和邊坡等架空路線，需進(jìn)一步嚴(yán)格限速，并進(jìn)行交通管制。

海路運(yùn)輸來(lái)的乏燃料在法國(guó)某港口卸貨

計(jì)算機(jī)模擬的乏燃料運(yùn)輸容器被火燒時(shí)的內(nèi)部熱量分布示意圖

未來(lái)需要公鐵海聯(lián)運(yùn)

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

我國(guó)自2015年重啟核電以來(lái)，隨著越來(lái)越多的核電機(jī)組投入發(fā)電，乏燃料的運(yùn)輸需求會(huì)快速增加。中國(guó)《能源》雜志2014年報(bào)道稱，乏燃料從大亞灣核電廠運(yùn)至甘肅的接收地，從裝料、運(yùn)輸?shù)叫读闲枰s3個(gè)月/次。加上冰雪、冰凍、臺(tái)風(fēng)等天氣影響，每年平均僅能執(zhí)行兩次運(yùn)輸任務(wù)。根據(jù)國(guó)防科工局組織編寫(xiě)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(guó)乏燃料年運(yùn)輸量將增加到600組左右，在“十三五”期間，全國(guó)核電站所需外運(yùn)的乏燃料總數(shù)將超過(guò)3000組，而我國(guó)目前乏燃料的公路運(yùn)輸能力只有104組/年?？梢?jiàn)，發(fā)展公、鐵、海多式聯(lián)運(yùn)的乏燃料綜合物流，是大勢(shì)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(qiáng)運(yùn)力，后處理這棵科技樹(shù)也得多加培育。

根據(jù)世界核協(xié)會(huì)（WNA）2013年的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)可開(kāi)采鈾資源儲(chǔ)量近20萬(wàn)噸，只有全球的4%，并非富鈾國(guó)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(lái)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?jī)H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(méi)有工業(yè)價(jià)值。按“一次通過(guò)”法處理，輕水堆的鈾資源綜合利用率只有約0.6%，如果通過(guò)后處理把乏燃料中的鈾-235“榨”出來(lái)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(kāi)式核循環(huán)提升了1/3～2/3。法國(guó)作為乏燃料后處理的國(guó)際先驅(qū)，擁有一座該后處理能力達(dá)1700噸/年的“旗艦級(jí)”核燃料循環(huán)廠——阿格廠，滿負(fù)荷運(yùn)行可承擔(dān)90～100臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組的后處理需求，單是從乏燃料中回用的核燃料，就為法國(guó)貢獻(xiàn)了超過(guò)10%的電力。更重要的是，經(jīng)過(guò)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