商用热堆乏燃料，铀占绝大部分。反应堆运行，铀“转换”为钚，是快堆运行需要的核燃料。长寿命、高毒性重核素—次阿系元素(MA)很少（主要是镎、镅和锔），可入堆“嬗变”为易裂变材料“销毁”。核裂变的固态裂变产物大部分是稳定或短寿命的裂变产物，不到百年，可变为有用的矿藏。其中稀土元素 Tc、 Ru、 Rh、Pd，比地壳的富集度高百万倍；放射性锶和铯是很有用的稳定“热源”；长寿命的碘和锝需要入堆“嬗变”为稳定元素[9]。

按照核科学家的设想，乏燃料经“后处理”、快堆“嬗变”作“闭环”运行，“核废物”在500-1000年内放射毒性低于矿井内原始矿石的水平。这将减轻远期泄漏或地质不稳定带来的任何危害的感觉。在核科学家看来，乏燃料中的核“废物”是“宝藏”，负担很少，核能发展“前途无量”。几十年的科学研究证明，核能先驱的理想是可以实现的。但是，要把他们的梦想变为现实，还要花费几十年时间，克服许多理论和实践的障碍，经过许多的艰难曲折……

问题在于实现核燃料“闭环”，要把“后处理”、燃料制作和“快堆”增殖三个环节作为一个系统，进行“从摇篮到坟墓”式的系统分析，逐一检查并消除内部存在的“魔鬼”。而过去的经验教训是，三个关键环节“各自为战”，系统分析不足。“魔鬼在细节之中”，阻挡着核能顺利前行。

4. 传统核能发展的困境

目前世界各国核燃料“循环”有三种选择：“开环”、“闭环”和“等等看”。“等等看”就是看核电发展的形势，怎么最“有利”就怎么干。实际上，这不能称为一种“选择”，但近来持这种“选择”的国家越来越多,而且认为是“最聪明”的选择[10]。

“开环”就是核燃料在堆内“烧”一次，出堆后经冷却，作为核“废物”运到地质“处置场”作可回取或不可回取式的“最终处置”。最初提出这种循环方式的是美国人，至今还在坚持的也是美国人。但真正实际采用的可能只有准备分阶段“关闭”核电的国家。世界上没有真正的核科学家会赞成这种循环方式，因为乏燃料的“内容”太珍贵了。有人比喻说，这好比把刚刚在“壁炉”里烧糊了树皮的“原木”当垃圾扔掉了！

最近，美国的情况有变化。面对新的能源危机和“节能减排”的压力，奥巴马政府采取的许多行动促使美国不能坚持“开环”：军事核遗产和民用核废料是个沉重负担；近期宣布撤回内华达州尤卡山(Yucca Mountain)核废物处置场建造许可证申请，决定设立超党派的美国核未来“蓝带委员会”，就乏核燃料和核废物管理制定安全、长期的解决办法提出建议。尽管“蓝带委员会”两年之内才能提出报告，但结果有可能放弃“开环”，选择“闭环”。

“闭环”的理由是使核能有实质性增长。可分为“准”闭环和“完全”闭环，是目前世界各国普遍追求、“先易后难”的两种方案。

“准”闭环，又称“有限再循环”，就是乏燃料经“后处理”提取剩余的铀和经转换生成的钚同位素。之后钚同位素加入浓缩工艺的尾料“贫铀”制成铀钚混合氧化物(MOX)燃料，重新入堆“燃烧”。剩余的、堆内运行产生的次阿系元素（MA）和裂变产物共同作为高放废物处理(玻璃固化)或暂存(高放废液罐)。MOX燃料多数作为热堆燃料循环1－2次，少部分作为实验性原型快堆的驱动燃料。MOX乏燃料后处理试验证实可行，但没有足够的快堆消耗这种再循环的燃料，所以没有继续进行后处理[11]。

目前，法国和日本采用就是这种“准”闭环。西方发达国家和许多核科学家对MOX燃料本身持有异议，担心社会公众反对，明确这种循环方式不符合第四代国际论坛的最新“要求”[12]。

“完全”闭环，还要提取乏燃料中所有的长寿期核素进入快堆“嬗变”，直至彻底“销毁”。目前还没有“完全”闭环系统的国际范例。有些国家在闭环方面采取了零星的步骤，最突出的是法国，但迄今为止还没有一个国家完成了这项任务。

4.1. “后处理”的挑战

目前世界核电机组运行卸出的乏燃料，大多临时储存在核电现场乏燃料水池或干式暂存罐内等待“处理”。有的核电厂已经关闭，但乏燃料“去向”不明；快堆“增殖”的核燃料还“闭锁”在乏燃料内。全世界等待处理的乏燃料约200000吨，而且还以每年20000吨的速度增加。

其实，发展核电的国家都知道“后处理”的优势。实际问题是选择什么后处理工艺，与现在运行或即将开发的快堆如何“配置”，安全与经济性能如何，存在广泛、而且尖锐的争议。

已经采用或还在研究的后处理工艺“名称”繁多，但基本上就“湿法”和“干法”两种，而且都源于美国。“湿法”就是过去军用钚提取工艺，现已演进得比较成熟。“干法”不能简单地军用，放弃了；后来开发快堆又捡起来用于钠冷快堆EBR-II循环燃料后处理，而且很成功。但是，用于民用核电乏燃料后处理，达到第四代核能系统设定的要求，两种工艺都要进一步开发，而且需要的时间很长。

美国最早采用“湿法”处理生产堆、两用堆乏燃料提取军用钚。实践的结果是后处理现场若干液态高放废物大罐泄漏的威胁与核扩散风险，致使美国政府宣布放弃后处理，采用“开环”。据说美国处理这种遗产，大概需70多年，费用约3000亿美元。有人说“湿法”后处理1M3乏燃料产生5000M3高放废物和17000000M3低放废物[13]，这也太恐怖了！美国多数专家推崇“干法”，湿法很难获得通过。目前美国没有运行的“民用”后处理厂。

英国、法国、日本、俄罗斯等执行乏燃料后处理的国家，采用集中式湿法后处理。英国后处理厂经营状况不好，信用不良，缺乏国外订单，设备状态老化，宣布将要关闭[14]。俄罗斯后处理厂规模小，设备老化，答应处理的国外乏燃料（包括国内快堆乏燃料）多储存在后处理厂水池内。想扩大规模，但资金困难 [15]。日本从法国进口的800吨/年处理能力的后处理厂还在调试中，预计2013年投产[16]。只有法国后处理厂从国外订单获得大量利润，而且利用预付定金扩大处理规模，还向美国能源部大力推销它的技术[17]。这些国家也都在研究“干法”工艺，做“转身”的准备。

目前世界各国的“闭环”，实际上都是湿法-MOX燃料循环。工艺流中的长寿命、高毒性次阿系元素和裂变产物混合成“废物流”，进入固化流程或在高放废液大罐内暂存。同时都在进行次阿系元素和某些裂变产物靶件“嬗变”实验。实验性凤凰快堆关闭后，法国、美国和俄罗斯都寄希望于日本的文殊原型快堆，希望得到“异质”靶件嬗变的“福音”[18]。但文殊快堆的再启动时间“一拖再拖”。幸运的是，2010年5月6日文殊快堆终于重新启动，但“如何防止再次发生事故是个重要课题”[19]。

美国阿贡实验室开发的“干法”后处理工艺广受青睐。因为高温电冶金工艺，乏燃料无需冷却，废液量少，没有纯钚“流”，防扩散能力强。但属半连续运行方式，在厚重屏蔽的热室内遥控完成乏燃料后处理和循环燃料制作全过程，产品质量保证和设备故障处理难度极大，还处在实验室或半工业规模阶段，距大规模商用还有很大距离[20]。

后处理工艺，无论干法还是湿法，都要使工艺流中核燃料与嬗变核素组分的工艺损失尽量少，进入废物流的阿系元素<0.1%，使核废物地质隔离“万年”的问题化为几百年，甚至可“近地表处置”；同时使产品(核燃料与嬗变核素)便于燃料或靶件制作，保证反应堆安全运行。

目前世界各国后处理厂、循环燃料加工厂都是地区集中设置。适应未来众多、分散的快堆发电中心，频繁的乏燃料和循环燃料运输是很大的经济、安全和社会影响问题。湿法后处理+循环燃料制作，乏燃料冷却、“老化”时间长，从出堆到再次入堆周期至少7年以上，基本上不适应未来的要求。只有“干法”+快堆一体配置，前端和后端能够“从容不迫”。美国钠冷快堆EBR-II采用这种配置，燃料组件从堆内卸出到重新入堆，最短周期28天[21]。