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如果核電站產(chǎn)生的高放射性核廢料能夠推動(dòng)能源部門的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，那會(huì)怎樣？

運(yùn)行在封閉燃料循環(huán)中的快中子反應(yīng)堆可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。快中子反應(yīng)堆使用未經(jīng)減速劑（如水）減速的中子來維持裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，相較于現(xiàn)有的熱中子反應(yīng)堆具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)快中子反應(yīng)堆在完全封閉的燃料循環(huán)中運(yùn)行時(shí)，即核燃料被回收再利用，它們有可能從相同數(shù)量的天然鈾中提取出比熱中子反應(yīng)堆多60至70倍的能量，從而大大減少高放射性廢物的數(shù)量。

各國(guó)正越來越多地尋找回收如乏燃料等資源的方式，以清潔地為經(jīng)濟(jì)提供動(dòng)力。

“當(dāng)在封閉燃料循環(huán)中使用快中子反應(yīng)堆時(shí)，一公斤核廢料可以被多次回收，直到所有的鈾都被使用，并且那些仍然會(huì)放射幾千年之久的錒系元素也被燃燒殆盡。最終剩下的大約是30克的廢物，其放射性將持續(xù)200至300年，”國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)副總干事兼核能部主任米哈伊爾·丘達(dá)科夫說。

快中子反應(yīng)堆是核能早期部署的首批技術(shù)之一，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為鈾資源很稀缺。然而，隨著技術(shù)和材料挑戰(zhàn)阻礙了發(fā)展，以及發(fā)現(xiàn)了新的鈾礦藏，輕水反應(yīng)堆成為了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是，包括小型模塊化反應(yīng)堆（SMRs）和微反應(yīng)堆（MRs）在內(nèi)，多個(gè)國(guó)家正在推進(jìn)快中子反應(yīng)堆技術(shù)。

目前，有五個(gè)快中子反應(yīng)堆在運(yùn)行：俄羅斯聯(lián)邦的兩個(gè)運(yùn)行中的反應(yīng)堆（BN-600和BN-800）和一個(gè)試驗(yàn)反應(yīng)堆（BOR-60），印度的快速增殖試驗(yàn)反應(yīng)堆，以及中國(guó)的實(shí)驗(yàn)快中子反應(yīng)堆。歐洲聯(lián)盟、日本、美利堅(jiān)合眾國(guó)、英國(guó)和其他國(guó)家都有針對(duì)各種目標(biāo)和功能的快中子反應(yīng)堆項(xiàng)目正在進(jìn)行中，包括小型模塊化反應(yīng)堆和微反應(yīng)堆。

對(duì)于一些國(guó)家來說，在完全封閉的燃料循環(huán)中運(yùn)行快中子反應(yīng)堆被視為確保核能長(zhǎng)期可持續(xù)性的途徑。

俄羅斯正在謝韋爾斯克建設(shè)的示范能源綜合體項(xiàng)目，將匯集一個(gè)鉛冷卻的BREST-OD-300快中子反應(yīng)堆、一個(gè)燃料制造和再制造工廠，以及一個(gè)用于處理混合氮化物鈾-钚乏燃料的工廠。還將建設(shè)一個(gè)深層地質(zhì)廢物儲(chǔ)存庫。這個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目的重要性不僅在于展示新燃料的制造、輻照和回收過程，而且所有這些過程都在一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行。

“將整個(gè)封閉燃料循環(huán)過程放在一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行，對(duì)核安全、安保和保障措施都有好處，”國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)核燃料循環(huán)技術(shù)負(fù)責(zé)人安帕羅·岡薩雷斯·埃斯帕爾特羅說。“從經(jīng)濟(jì)角度來看也更有意義，因?yàn)楹藦U料和材料不需要在地點(diǎn)之間移動(dòng)——就像目前一些國(guó)家所做的那樣——從而最大限度地減少了運(yùn)輸和物流挑戰(zhàn)。”

在任何規(guī)模上運(yùn)行封閉的燃料循環(huán)都需要快中子反應(yīng)堆以及用于再處理和回收的基礎(chǔ)設(shè)施。除了其他原因外，經(jīng)濟(jì)和保障措施使得每個(gè)國(guó)家都建立再處理設(shè)施變得困難。為了降低成本，再處理設(shè)施為其他國(guó)家提供服務(wù)，或者國(guó)家之間共享設(shè)施。

俄羅斯還計(jì)劃在2035年后部署下一代1200兆瓦（電）的快中子反應(yīng)堆，作為與輕水反應(yīng)堆并行的自給自足系統(tǒng)的一部分。借助快中子反應(yīng)堆，熱反應(yīng)堆的乏燃料將被再處理和再利用，產(chǎn)生的最終廢物足跡比常規(guī)核燃料循環(huán)小十倍。

其他國(guó)家也在推進(jìn)相關(guān)項(xiàng)目。中國(guó)正在福建省霞浦縣建造兩個(gè)鈉冷卻的快中子反應(yīng)堆（CFR-600）。第一座機(jī)組正在調(diào)試中，預(yù)計(jì)將于2024年并網(wǎng)發(fā)電。

在美國(guó)，由微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨支持的快中子反應(yīng)堆項(xiàng)目正在開發(fā)中；盡管美國(guó)正在重新努力開展封閉的核燃料循環(huán)工作，并利用其現(xiàn)有的核廢料來開發(fā)自己的燃料供應(yīng)，但該項(xiàng)目不會(huì)在封閉的燃料循環(huán)中運(yùn)行。在歐洲，比利時(shí)的MYRRHA項(xiàng)目旨在到2036年建造一個(gè)鉛鉍冷卻的加速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以測(cè)試其分解次錒系元素的能力，作為未來完全封閉的燃料循環(huán)的一部分。

“各國(guó)正越來越多地尋求回收乏核燃料等資源的方式，以清潔地為經(jīng)濟(jì)提供動(dòng)力，”國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)快中子反應(yīng)堆技術(shù)發(fā)展團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人弗拉基米爾·克里文采夫說。“這一趨勢(shì)出現(xiàn)在材料科學(xué)、反應(yīng)堆物理和工程技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)導(dǎo)致更好的設(shè)計(jì)、增強(qiáng)的安全特性以及降低建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本的時(shí)候，這改善了由快中子反應(yīng)堆驅(qū)動(dòng)的核電站的經(jīng)濟(jì)性。”

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)在通過協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目、技術(shù)出版物、技術(shù)工作組和會(huì)議分享信息和經(jīng)驗(yàn)方面，對(duì)支持快中子反應(yīng)堆的開發(fā)和部署起著關(guān)鍵作用。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新核反應(yīng)堆和燃料循環(huán)國(guó)際項(xiàng)目也通過支持各國(guó)在規(guī)劃和協(xié)作方面的努力，幫助推動(dòng)快中子反應(yīng)堆及相關(guān)核燃料循環(huán)的發(fā)展。