一、核廢料的危害

　　核廢料，指在核燃料采掘、生產(chǎn)、加工、乏燃料后處理、核設(shè)施退役過程中產(chǎn)生的以及核反應(yīng)堆用過的不再需要的并具有放射性的廢物。其危害主要來自放射性、射線危害和熱能釋放三個方面。

核廢料的危害來自放射性

　　核能的廣泛利用必然產(chǎn)生大量核廢料。從核燃料的開采，到燃料元件的制造，再到核電廠的運(yùn)行以及乏燃料的后處理和核設(shè)施的退役，都將伴隨著核廢料的產(chǎn)生。通常所說的核廢料包括低放射性核廢料、中放射性核廢料和高放射性核廢料三類。第一種通常是生產(chǎn)過程中被輻射過的一些物品及一些廢氣廢液；第二種通常是發(fā)電過程中所產(chǎn)生的一些廢液廢物；第三種包括高放廢液和從堆芯中置換下來的乏燃料。乏燃料是經(jīng)受過輻射照射、使用過的核燃料，因?yàn)槠淅�用率僅僅達(dá)到了百分之幾，具有很高的放射性。

　　二、核廢料處理現(xiàn)狀

　　由于核燃料的高度危險性，同時原有處理方式容量有限，如何處理世界新生產(chǎn)的核廢料成為擺在世界各國面前的一道難題。核廢料處理是將核電產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的核廢料經(jīng)過減容、分類、整理、固化、包裝、吊裝、運(yùn)輸、貯存等手段達(dá)到與生物圈有效分離的目的，在核電產(chǎn)業(yè)鏈中具有重要地位。

　　放射性廢氣處理主要通過除塵器、冷凝器、硝酸汞除碘洗滌器和NOX吸收器進(jìn)行處理，然后，再依次通過第二除碘洗滌器、含銀沸石除碘吸收器和高效顆粒過濾器進(jìn)行處理，最后經(jīng)由100米以上的大煙囪排入大氣。相對而言，放射性廢液和廢物的處理過程更加復(fù)雜，國際原子能也提出了嚴(yán)格的要求。

國際原子能機(jī)構(gòu)對核廢料處理提出了嚴(yán)格的要求

　　1、中國核廢料處理存在的問題

　　我國核廢料處理產(chǎn)業(yè)起步較晚，發(fā)展進(jìn)程相對核電發(fā)展而言較為滯后。根據(jù)《中國核工業(yè)》2015年的報道，我國后處理產(chǎn)業(yè)尚未形成工業(yè)生產(chǎn)能力，與法、英等世界核大國差距明顯，甚至還要落后于印度。同時，目前還存在中間貯存技術(shù)路線不確定、MOX燃料的應(yīng)用研究不夠、責(zé)權(quán)利的劃分不明確等諸多問題。

我國核廢料處理產(chǎn)業(yè)尚存在諸多問題

　　我國中低放固體核廢物一般存儲在暫存庫中，高放射性廢料主要是暫存在各自的硼水池中。國家環(huán)保部已建成運(yùn)行的2座批準(zhǔn)的處置容量合計14萬立方米，遠(yuǎn)低于核電廠運(yùn)行固體廢物的積存量，高放廢料地質(zhì)處置庫短期也難以建成。目前，運(yùn)行時間較長的大亞灣、秦山、田灣等核電站的中低放固廢暫存庫和乏燃料池均出現(xiàn)接近飽和的狀況，核廢料處理需求。

　　中低放核廢料一般采用近地表處置。設(shè)備、工具、衣物、濃縮殘液等中低放核廢料經(jīng)過減容、固化處理，轉(zhuǎn)化為耐久穩(wěn)定的固化體。固化體裝入特定的密閉金屬桶后，先送到現(xiàn)場廢物庫貯存，然后再運(yùn)輸?shù)椒�合�?guī)定的區(qū)域儲存在地下100到300米淺層廢物庫中，安全監(jiān)管年限為300-500年。

　　中、低放廢液首先進(jìn)行沉淀和過濾、蒸發(fā)、離子交換和膜技術(shù)（如電滲析、反滲析、超濾膜）。將比活度低的核燃料放射性廢水經(jīng)行蒸發(fā)，然后留下比活度高的液體，稱為蒸殘夜。蒸發(fā)后進(jìn)一步固化，再進(jìn)行淺層填埋或地表處置。首先對固體廢物進(jìn)行切割、碎化、壓縮等減容處理，然后固化裝桶后放入廢物庫。除此以外，焚燒是處理可燃廢物的最佳選擇之一。據(jù)估計，科研院所在科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的放射性散料廢物有一半多是可焚燒固體廢物，焚燒處理廢物的減容比可達(dá)到100:1或者更高。

中低放廢液處理過程

　　高放廢液放射性強(qiáng)，半衰期長，發(fā)熱率高，腐蝕性大，對其處置非常嚴(yán)格。一般先用特制的不銹鋼槽貯存，處理時采用固化技術(shù)（多使用玻璃固化方式）固定住廢液，并且長期禁錮住放射性核素，最后進(jìn)行地質(zhì)處置。此外，各國也在研究通過化學(xué)分離把高放廢液中的超鈾元素和長壽命裂變產(chǎn)物分離出來，制成燃料元件或靶件送反應(yīng)堆或加速器中，通過核反應(yīng)使之嬗變成短壽命核素或穩(wěn)定元素，國內(nèi)已有相關(guān)研究。

　　2、核廢料處理的方式

　　核廢料中最難解決，同時危害最大、半衰期最長的就是乏燃料，乏燃料處理是核廢料管理的重中之重。乏燃料一般先在核電站臨時貯存，每個核電站的核廢料臨時存放庫可存放電站運(yùn)行10年產(chǎn)生的核廢料。臨時儲存庫滿但無法進(jìn)行后處理時，就必須謀求離堆貯存。乏燃料的處理有兩種方式：一是像美國的“一次通過式””，將乏燃料直接進(jìn)行地質(zhì)處理；二是像法國、英國一樣，采用臨時濕式貯存再進(jìn)入閉式循環(huán)的后處理方式，最后進(jìn)行地質(zhì)處置，我國目前傾向于該技術(shù)路線。

　　一次通過是指將乏燃料冷卻后直接進(jìn)行地質(zhì)處置的方式。由于高放射廢棄物半衰期長，毒性強(qiáng)，輻射強(qiáng)，可能造成的危害大，欲使放射性廢物與生物圈永久隔離，達(dá)到安全管理和處置的目的，從現(xiàn)有科技水平看，地質(zhì)處置是最可行的方式。地質(zhì)處置指把高放廢物處置在500-1000m深的地質(zhì)體中，通過建造一個天然屏障和工程屏障相互補(bǔ)充的多重屏障體系，使高放廢物對人類和環(huán)境的有害影響低于審管機(jī)構(gòu)規(guī)定的限值，并且可合理達(dá)到盡可能低。全部地下處置工作必須由地面操縱的機(jī)械完成。

　　但是，選擇這樣的地質(zhì)處置庫是一個世界性的難題。選址的原則包括：地質(zhì)穩(wěn)定，遠(yuǎn)離活斷層和強(qiáng)地震帶；主巖有足夠厚度和面積；水文地質(zhì)條件清楚；主巖孔隙度小；主巖導(dǎo)熱性能好；主巖機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性好；主巖化學(xué)吸附性能良好；人煙稀少，無地下資源。因此，雖然很多國家都建造了地下實(shí)驗(yàn)室，但建設(shè)地質(zhì)處置庫的只有芬蘭和瑞典。

　　我國已提出將在2050年前后建成高放廢物處置庫，目前仍在場址預(yù)選研究階段，在對華東、華南、西南、內(nèi)蒙和西北等5個預(yù)選區(qū)進(jìn)行初步比較的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了西北甘肅北山地區(qū)。開發(fā)和建設(shè)時間分為三個階段：2006-2020年是試驗(yàn)室研究開發(fā)和處置庫選址階段；2021-2040年是地下試驗(yàn)階段；2041-2050年是原型處置庫驗(yàn)證與處置庫建設(shè)階段。

我國地質(zhì)處置庫發(fā)展計劃

　　閉式循環(huán)可以從輻照后乏燃料中回收有用的鈾和钚，再制成新燃料元件返回?zé)岫鸦蚩於咽褂茫�能大大提高鈾資源的利用率。如果實(shí)現(xiàn)快堆核燃料閉路循環(huán)，鈾資源利用率可提高60倍左右，這意味著本來能使用50-60年的天然鈾可利用3000余年。對乏燃料進(jìn)行后處理，既回收循環(huán)使用了其中有用的鈾、钚，也大大降低了需要處置的高放廢物的毒性和體積。產(chǎn)典型代表就是可以用核廢料生產(chǎn)MOX燃料。MOX燃料是由7%的钚239氧化物和93%的鈾238氧化物混合制成的。設(shè)計的巧妙之處在于，將核廢料里的钚以及自然儲備更多的鈾238給利用了起來。當(dāng)鈾238吸收一個中子之后，會經(jīng)過一些核反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)轭?39，而钚239也能發(fā)生核裂變反應(yīng)，能夠用于核電站發(fā)電。乏燃料后處理技術(shù)已有50多年的歷史，目前世界上從事商業(yè)后處理的國家包括法、英、俄羅斯、日本、印度等。法、英兩國大型商業(yè)后處理的水平處于世界領(lǐng)先地位。70年代中期美國由于政治原因完全停止了商業(yè)后處理活動，但從未停止過有關(guān)后處理技術(shù)的研究，2006年明確宣布重啟了后處理計劃。目前正在運(yùn)行的大型商業(yè)后處理廠有：法國的阿格工廠，年處理能力為1600噸；英國的塞拉菲爾德后處理廠，年處理能力為900噸。我國尚無建設(shè)完成的商用大型后處理廠。

　　三、我國核廢料處理行業(yè)發(fā)展趨勢

　　中國目前運(yùn)行的反應(yīng)堆數(shù)排世界第五，在建反應(yīng)堆位居世界第一。目前全世界有439座反應(yīng)堆正在運(yùn)行，66座反應(yīng)堆正在建設(shè)。分國家來看，全球運(yùn)行核反應(yīng)堆數(shù)量最多的4個國家是美國、法國、日本和俄羅斯，美國運(yùn)行的核反應(yīng)堆有99個，中國有30個（含中國實(shí)驗(yàn)快堆），位列世界第5。

　　1、我國核電發(fā)電量占總發(fā)電量自2010年以來逐步提升，2015年全國核電累計發(fā)電量為1689.93億千瓦時，同比上升29.42%，約占全國累計發(fā)電量的3.01%。但是，我國核電發(fā)電總占比在全球運(yùn)行核反應(yīng)堆數(shù)最多的10個國家中僅高于受福島核事故影響的日本，遠(yuǎn)低于世界平均水平23.3%。

我國在運(yùn)反應(yīng)堆排世界第五，在建反應(yīng)堆排名第一

2005-2015年我國核電發(fā)電量走勢圖

　　2015年底全國核電裝機(jī)容量2642.74萬千瓦，按照2020年裝機(jī)容量5800萬千瓦計算，年為均增速約為17%。由于到該規(guī)劃并未考慮內(nèi)陸核電建設(shè)，考慮到我國規(guī)劃中核電站大多分布在內(nèi)陸地區(qū)，如果內(nèi)陸核電項(xiàng)目通過研究論證，則實(shí)際增速將更高。

　　2、受全球不斷增長的電力需求、不斷加強(qiáng)的環(huán)保意識和化石燃料價格及供應(yīng)波動驅(qū)動，發(fā)展核電成為世界主要國家的普遍選擇，越來越多的國家也表現(xiàn)出對于發(fā)展核能的興趣和熱情。2014年核能發(fā)電占比最高的是法國（73.3%），此外如美國（19%）、俄羅斯（18%）、韓國（28%）和瑞典（38%）等核能發(fā)電占比均達(dá)到較高水平。新興國家方面，世界核協(xié)會宣稱，45個沒有核能的國家正在考慮使用核電。

核電已經(jīng)成為世界的主要能源之一

　　隨著核能發(fā)電在世界上越來越廣泛的應(yīng)用，核廢料的產(chǎn)生將進(jìn)一步提速。一方面，核站

　　運(yùn)行過程中會不停產(chǎn)生核廢料，另一方面，發(fā)達(dá)國家關(guān)停核電站的過程中也需要處理大量核廢料。因此，核電的普及也帶來了核廢料處理需求的不斷提升。

　　3、隨著我國“一帶一路”戰(zhàn)略推進(jìn)，很可能激活當(dāng)?shù)氐暮穗娛袌觥�國家發(fā)展改革委、外交部、商務(wù)部于3月28日聯(lián)合發(fā)布了《推動共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路的愿景與行動》，宣告“一帶一路”進(jìn)入了全面推進(jìn)階段。“一帶一路”是中國對外開放新戰(zhàn)略的重要組成部分，為設(shè)備出口與境外直接投資提供便利與支持，涉及60多個國家、40多億人口，沿線國家較多有明確意愿考慮發(fā)展核電。同時，我國核電“走出去”戰(zhàn)略得到了國家政策的大力支持。國家主席習(xí)近平和國務(wù)院總理李克強(qiáng)在2014年的國事訪問中多次“推銷”核電。2015年1月，在我國核工業(yè)創(chuàng)建60周年之際，李克強(qiáng)總理作出批示指出，全面提升核工業(yè)競爭優(yōu)勢，推動核電裝備“走出去”。

　　核電“走出去”戰(zhàn)略不僅僅是說出口核電機(jī)組，也包括燃料供應(yīng)、技術(shù)支持、核廢料處理技術(shù)與設(shè)備的出口等方面。隨著我國核電出口的不斷推進(jìn)，預(yù)計相關(guān)產(chǎn)業(yè)、包括核廢料處理的市場空間都將獲得極大拓展。

　　4、核廢料處理產(chǎn)業(yè)鏈可分為站內(nèi)處理、運(yùn)輸和核廢料處置場三個環(huán)節(jié)。其中我國目前唯一一家具有運(yùn)輸乏燃料資質(zhì)的公司為中核集團(tuán)旗下的清原環(huán)境技術(shù)工程公司；我國的中低放廢料處置場已建成運(yùn)行的僅有2座，乏燃料離堆貯存接收地為四〇四廠等。

　　2014年全國核電裝機(jī)容量2,029.66萬千瓦，全國核電站一年約產(chǎn)生中低放核廢料約2,000立方米，乏燃料為530噸左右。按比例計算，每百萬千瓦的裝機(jī)容量一年產(chǎn)生中低放核廢料約100立方米，乏燃料約約25噸。根據(jù)2014年11月發(fā)布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）》，到2020年核電裝機(jī)容量達(dá)到5,800萬千瓦，將產(chǎn)生中低放廢料約5,800立方米，乏燃料約1,450噸。此外，由于核廢料處置建設(shè)落后于核電機(jī)組的建設(shè)和運(yùn)行，目前我國的在運(yùn)核電站堆積了大量的核廢料。核電廠的高放射性廢料主要是暫存在各自的硼水池中。如果假設(shè)每年核廢料按比例增長，2015-2020年共產(chǎn)生乏燃料5,940噸，算上之前存放在硼水池的廢料3,000噸，2020年將有8,940噸乏燃料待處理。

2014-2020年乏燃料產(chǎn)量預(yù)測

2014-2020年中低放核廢料產(chǎn)量預(yù)測

　　核廢料處理市場包括兩大部分，一部分為建設(shè)投資，另一部分為每年發(fā)生的核廢料處理運(yùn)營市場。根據(jù)我們的測算，如果不考慮再循環(huán)工廠建設(shè)，來未來5年間核廢料處理總體市場空間過超過150億元/年過，其中運(yùn)營費(fèi)用超過90億元/年；考慮再循環(huán)工廠建設(shè)，總體市場空間將達(dá)到近300億元/年。