核电行业研究：核电自主崛起重启新生之路-210930（29页）.pdf

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1、乏燃料指在反应堆内使用过的核燃料，燃耗深度已达到设计卸料燃耗，从堆中卸出且不再在该反应堆中使用的核燃料组件(即乏燃料组件)中的核燃料。其中有未裂变和新生成的易裂变核素、未用完的可裂变核素、许多裂变产物和超铀元素。随着中国核电产业的规模化发展，核电站乏燃料产生量日益增加，乏燃料后处理需求日益凸显。乏燃料处理方式基本可分为两种，一种是“开式核燃料循环”，即直接将乏燃料冷却、包装后作为废物送入深地质层处置或长期贮存。另一种是“闭式核燃料循环处理”，即将乏燃料送入后处理厂，将铀和钚等有用物质进行分离、回收再利用，之后将废物固化后进行深地质层处置或进行分离嬗变。上世纪 80 年代我国就确定了核燃料“闭式

2、循环”的技术路线，该技术可大幅提高铀资源的利用率，同时显著减小放射性废物体积并降低其毒性。我国核电站乏燃料后处理市场需求紧迫，产业前景广阔。根据国家能源局估算，一台百万千瓦级压水堆核电站，每年产生的乏燃料约 20-25 吨。中国核能行业协会发布的数据显示，截至 2020 年 12 月底，中国大陆地区已运行核电机组共 49 台，合计装机 5103 万千瓦，对应乏燃料年产量将达到 1,000 吨以上。中国目前已积累较大规模的乏燃料，且未来的年产出规模还将随着核电站数量增加进一步扩大。随着我国核电建设步入快车道，核电站卸出的乏燃料规模正在不断增长。“闭式核燃料循环”作为我国乏燃料处理的必经之路，对安

3、全环保措施以及技术工艺都有着极高的要求，国际上主要有法国、英国、日本、印度等国家采用该处理方式。中国尽管从上世纪 80 年代就确定了“闭式核燃料循环”的战略，但至今仍未能完全实现自主研发及规模化生产。在发改委和国家能源局共同印发的能源技术革命创新行动计划(2016-2030 年)中，把“乏燃料后处理与高放废物安全处理处置技术创新”作为重点任务之一，提出要推进大型商用水法后处理厂建设，加强先进燃料循环的干法后处理研发与攻关，目标在 2030 年要建成完善的先进水法后处理技术研发平台体系，基本建成我国首座 800 吨大型商用乏燃料后处理厂。一方面，通过“开式核燃料循环”，即直接贮存方式处理乏燃料，

4、绝大部分核电站的在堆贮存水池容量已超负荷;另一方面，通过“闭式核燃料循环处理”，我国在建的首套乏燃料处理能力仅有 200 吨/年。所以，我国不断累积的核电乏燃料处理刚性需求与短缺的乏燃料后处理产能之间的矛盾日益突出，因此迫切需要发展“闭式核燃料循环处理” 相关技术和建设产能。该技术是中国未来核电行业急待推进发展的重要环节之一，具有广阔的产业前景。3.1.3 钍基熔盐堆有望助力中国打破核燃料进口依赖格局在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中铀 235 的含量非常低，只有约 0.7%。现在核能发电主要是通过铀-235 的裂变反应。国际原子能机构 IAEA 发布的国际核电状况与前景提出，根据新建核电厂

5、的数量和现有核电厂的延寿，预计到 2040 年，世界铀的年需求量在 56640 吨铀至 100225 吨铀之间。在 IAEA 高值情景中，铀的年产量需要增加约41 000 吨铀。这将需要大量的勘探活动、创新和开发新的铀矿。IAEA 预计许多主要铀矿资源在 21 世纪 30 年代中期枯竭。除了铀 235，另一种核燃料是钍，它存在于自然界的钍矿(例如独居石、氟碳铈矿、钇钍石和钍石)。钍在地壳中的储量大约是铀的 3 倍，自然界存在的钍是钍 232。钍-232吸收中子会转变成钍-233，钍-233 的半衰期仅为 21.83 分钟，会通过衰变成镤-233。镤-233 的半衰期为 27 天，会再次通过衰变

6、为铀-233。铀-233 是易裂变的，可以像铀-235或者钚-239 一样用作核燃料。铀-233 经历核裂变时发射的中子可以进一步撞击钍-232 原子核，继续循环这一过程。未来当铀储量开始耗尽时，钍核燃料将成为非常重要的核电原材料。相比铀反应堆，钍基熔盐堆理论上其产生的核废料仅为现有技术的千分之一。自然界中的钍储量主要分在中国、印度、巴西、土耳其，加拿大和美国，根据 2005 年中国科学院院士徐光宪等 15 位两院院士公开的资料显示，内蒙古白云鄂博主东矿中钍资源储量就达 22