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日本


日本是一个资源比较贫乏的国家,百分之八十以上的能源依赖进口,随着经济的迅速发展,其能源消耗已居世界前列。早在1956年,日本政府就决定加速发展核电,目前日本核电装机容量约44000MWe,居世界第三位。由于铀资源贫乏,日本很重视利用从核电站乏燃料中回收的铀和钚,以最大限度地提高核能发电的经济效益。1959年,日本原子能委员会成立了后处理顾问委员会,负责制定后处理技术开发的指导原则,并编制了关于建立日本后处理中间工厂——东海村后处理厂的报告。1967年,日本原子能委员会公布了核能发展体系和快堆体系作为政府计划,表达了对未来民用商业后处理厂的期待。受福岛核事故影响,2012年5月,全日本50座核电反应堆停运。但“零”核电使日本能源短缺,蒙受“不可承受之重”。2013年6月,日本原子能规制委员会正式通过了日本核电站的新安全标准,确定了新的核电站管理办法,预计首批核电站重启时间在2014年上半年。

1977年9月,生产能力为90吨/年的东海村后处理中间试验厂(TRP)开始热运行。工厂的主体工艺设计依赖法国,后来依靠自己的力量增加了铀钚转化车间、沥青固化以及玻璃固化车间等设施。工艺采用PUREX流程,处理对象为燃耗28000MWd/tU、冷却超过180天的低浓铀燃料,产品为三氧化铀和硝酸钚溶液。到目前,该厂已经处理了约1800多吨乏燃料,包括来自先进实验热堆“FUGEN”的10吨MOX燃料。

上世纪八十年代,为了缓解国内乏燃料对核电站带来的压力,日本决定在青森县六个所村建造年处理能力为800吨的大型后处理厂(RRP)(见图1)。工厂于1993年5月开始建造,2006年3月,正式启动为期17个月的放射性调试。六个所后处理厂原计划于2000年1月建成,后来将计划几次延后,投资也由最初的70亿美元升至约200亿美元。因玻璃熔炉中的铂族元素堆积和喷嘴堵塞,导致高放废物玻璃固化试验暂时中断,热试时间由2012年10月推迟至2013年10月。主要技术参数见下表:

表1  六个所后处理厂主要技术参数表日表1.png


日益.jpg 

图1  日本六个所后处理设施远景图

1998年10月,日本成立核燃料开发研究所(JNC),其主要的研究活动涉及快中子增殖堆的燃料循环技术、高放废物的地质处置以及轻水堆燃料的后处理,并继续运行东海村后处理厂,集中开发处理高燃耗乏燃料和混合氧化物(MOX)后处理技术。

日本对后处理回收的铀和钚进行重复利用,一方面在快堆投入商业运行前,可将后处理回收的铀和钚重新制成元件返回到热堆中使用;另一方面,日本正在开发先进的热堆和快中子增殖堆,后处理回收的铀和钚可以全部返回到这些堆中作燃料。为此,日本一直在开发MOX燃料的制造工艺。日本已经决定在靠近六个所后处理厂的地方建造一座混合氧化物(MOX)燃料组件制造厂,工厂的规模为每年加工130tHM,主建筑占地80×80m。考虑提高厂房抗震等级,工厂开工日期由2007年一再推迟至2012年,计划2016年建成,造价由原1200亿日元(约10亿美元)提高至1900亿日元(约24亿美元)。

2000年11月,日本原子能委员会发表《日本研究、发展和利用核能的长期规划》,提出仍旧坚持将所有乏燃料最终都要后处理的政策。关于核燃料循环体系建设,日本长期规划的主要方向如下:

  •  稳定实现在轻水堆(LWR)中利用MOX燃料;

  •  未来在国内进行MOX燃料的生产制造;

  •  所有乏燃料原则上将在国内进行后处理;

  •  在建造和运行六个所后处理厂中取得稳步进展;

  •  日本核燃料开发研究所应该引导在后处理厂对高燃耗燃料以及从LWR中卸出的MOX乏燃料进行后处理的示范试验;

  •  基于未来的研究和开发,下一座后处理厂不仅能处理普通氧化铀乏燃料,还能处理高燃耗燃料和从轻水堆中卸出的MOX乏燃料,以及从快中子增殖堆中卸出的乏燃料。

  •  按照1999年颁布的关于中间贮存的法律,2010年左右将商业运行部分贮存设施。

关于快堆燃料(FBR)循环技术的研究和发展方向如下所述:

  •  在可选的方案中快堆燃料循环技术具备很大的潜力;

  •  首先将评估基于MOX燃料和钠冷却的操作;

  •  考虑实验性快中子增殖堆文殊(Monju)作为快堆燃料循环技术研究和发展的核心,并且该堆的运行能很快实现;

  •  快堆燃料循环技术的技术多样性,带给研究和发展项目充分的机动性,并可研究多种选择;

  •  由日本核燃料开发研究所和电力工业及其他相关单位合作承担的“商业化快堆燃料循环系统可行性研究项目”,将继续研究反应堆、后处理和燃料制造等方面的技术。

由于受到国际社会对日本发展核能的限制,日本的两个后处理厂的建设都是采用全面与国外合作的方式,并在此基础上对后处理相关技术开展广泛的研究。也正是日本对后处理政策的坚持和多年对国外技术的大力引进,使日本的后处理技术和相关工业得到了迅速的发展。


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