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美國(guó)核工業(yè):先進(jìn)堆乏燃料后處理工藝受關(guān)注

2023-08-07 09:19  來(lái)源:中國(guó)能源研究會(huì)核能專委會(huì)  瀏覽:  

業(yè)內(nèi)人士稱,近年來(lái),人們對(duì)核燃料后處理的看法發(fā)生了轉(zhuǎn)變,對(duì)小規(guī)模使用燃料后處理技術(shù)來(lái)供應(yīng)先進(jìn)堆燃料的興趣越來(lái)越濃厚。

其中一個(gè)原因是,對(duì)于依賴高豐度低濃鈾燃料(HALEU)的先進(jìn)堆來(lái)說(shuō),乏燃料后處理的經(jīng)濟(jì)性與目前采用低濃鈾燃料的反應(yīng)堆不同。

對(duì)于更小型的反應(yīng)堆,由于堆芯會(huì)有中子損失,因此燃料成本可能更高。HALEU燃料中的鈾-235濃度高于5%,但低于20%,使用此類燃料的反應(yīng)堆必然比輕水堆消耗更多的濃縮鈾。大多數(shù)先進(jìn)堆開(kāi)發(fā)商都希望在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中以某種形式使用HALEU 。

Oklo公司的嘗試

2023年6月13日,先進(jìn)堆開(kāi)發(fā)商Oklo公司時(shí)任政策主管杰基·西本斯(Jackie Siebens)在美國(guó)核學(xué)會(huì)(ANS)年會(huì)上稱,對(duì)HALEU燃料進(jìn)行回收比濃縮成本低。Oklo公司正在開(kāi)發(fā)15 MWe級(jí)鈉冷快堆設(shè)計(jì),該公司計(jì)劃部署和運(yùn)行該反應(yīng)堆,最終依靠出售電力獲利。

西本斯稱,Oklo公司正在規(guī)劃建設(shè)一座試驗(yàn)性設(shè)施,使用電精煉技術(shù)對(duì)乏燃料進(jìn)行后處理,以滿足旗下反應(yīng)堆的燃料需求,該設(shè)施可能會(huì)在2030年前投運(yùn)。

Oklo公司獲得了美國(guó)能源部(DOE)490萬(wàn)美元項(xiàng)目部分撥款,于2023年1月向美國(guó)核管會(huì)(NRC)提交乏燃料后處理廠的許可項(xiàng)目計(jì)劃,嘗試將高達(dá)97%的乏氧化鈾燃料轉(zhuǎn)化為金屬形式。

西本斯稱,乏燃料后處理設(shè)施的建設(shè)比大多數(shù)人預(yù)想的要快,先進(jìn)堆開(kāi)發(fā)商對(duì)乏燃料回收的態(tài)度也發(fā)生了轉(zhuǎn)變,既需要新鮮濃縮燃料,也需要回收利用。

越來(lái)越多先進(jìn)堆考慮利用乏燃料

英國(guó)霍金路偉國(guó)際律師事務(wù)所(Hogan Lovells)合伙人、全球能源業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人艾米·羅姆(Amy Roma)稱,乏燃料后處理及先進(jìn)堆材料回收利用技術(shù)重新受到關(guān)注。

羅姆在ANS年會(huì)上指出,美國(guó)圍繞核燃料回收利用的討論發(fā)生了很大變化,包括不再稱為后處理。

羅姆表示,認(rèn)為后處理在美國(guó)不合法,或者認(rèn)為NRC無(wú)法為后處理設(shè)施頒發(fā)許可證,都屬誤解,而非事實(shí)。杰拉爾德·福特(Gerald Ford)和吉米·卡特(Jimmy Carter)政府時(shí)期曾頒布行政命令,禁止對(duì)本國(guó)乏燃料進(jìn)行后處理,但在1981年,羅納德·里根(Ronald Reagan)總統(tǒng)撤銷了該項(xiàng)命令。NRC此前宣布,決定終止正在進(jìn)行的后處理設(shè)施新許可證申請(qǐng)流程規(guī)章制定,但NRC已經(jīng)并可能在未來(lái)根據(jù)現(xiàn)有規(guī)則簽發(fā)后處理設(shè)施許可證。

除Oklo公司外,越來(lái)越多的先進(jìn)堆開(kāi)發(fā)商考慮回收利用乏燃料。

英國(guó)Moltex公司正在開(kāi)發(fā)一種熔鹽堆設(shè)計(jì),可能部署在加拿大新不倫瑞克省和其他地區(qū),同時(shí)也在嘗試自行對(duì)乏燃料進(jìn)行后處理,轉(zhuǎn)化成反應(yīng)堆可以使用的燃料。2023年3月,Moltex公司稱,加拿大政府已擴(kuò)大本國(guó)部分清潔能源稅收抵免政策范圍,將乏燃料回收利用設(shè)施列入稅收抵免范圍內(nèi)。

Moltex公司計(jì)劃建設(shè)廢物-穩(wěn)定鹽轉(zhuǎn)化設(shè)施,對(duì)加拿大現(xiàn)有坎杜堆的乏燃料進(jìn)行處理,為廢物燃燒穩(wěn)定鹽反應(yīng)堆生產(chǎn)燃料鹽。Moltex公司官網(wǎng)顯示,Moltex熔鹽堆設(shè)計(jì)可以在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)化錒系元素,與傳統(tǒng)反應(yīng)堆燃料的后處理相比,可以接受純度較低的燃料,所需精煉也更少,因此,該工藝相比傳統(tǒng)的后處理技術(shù)更具成本效益。

意大利反應(yīng)堆初創(chuàng)公司Newcleo表示,混合氧化物燃料的后處理和生產(chǎn)將作為公司一系列鉛冷快堆開(kāi)發(fā)計(jì)劃的主要內(nèi)容。

總部位于美國(guó)的初創(chuàng)公司Curio表示,計(jì)劃建設(shè)一座后處理設(shè)施,通過(guò)銷售回收的放射性同位素來(lái)盈利。該公司高官稱,該后處理設(shè)施將回收的放射性同位素用作先進(jìn)堆燃料及航天器熱電發(fā)電機(jī)燃料。

Curio公司官網(wǎng)顯示,該公司使用的技術(shù)不依賴于以往大型后處理廠使用的有機(jī)溶劑和試劑,不會(huì)產(chǎn)生新的廢物流,工藝產(chǎn)出物可用于制造金屬、氧化物或熔鹽燃料。

2022年2月,Curio公司首席執(zhí)行官艾德·麥金尼斯(Ed McGinnis)在接受采訪時(shí)表示,Curio公司的后處理廠設(shè)計(jì)是一種基于化學(xué)的工藝,與過(guò)去和現(xiàn)在大多數(shù)后處理廠使用的傳統(tǒng)Purex工藝或钚鈾提取工藝不同,該設(shè)計(jì)不分離超鈾元素,在Curio公司回收處理車間使用氟化和熱處理等經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的后處理工藝進(jìn)行后處理。

據(jù)羅姆稱,私營(yíng)企業(yè)對(duì)開(kāi)發(fā)新的廢物處置方案(包括回收利用)興趣濃厚。

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