（核废料手套箱）新技术，新途径：核废料回收的新格局

加大投资

推动核能产业复兴

近日，英国政府决议向本国核能产业提供1.57亿英镑的发展资金，以支持该产业的重新发展。《卫报》引述能源大臣沙普斯的话说，这个被称为英国核能的基金项目将用于推动政府承诺在2025年“让核能用于1/4民用电力供应”的目标。

近一个阶段，国际局势大幅推高天然气价格，英国消费者的能源价格账单飙升。在2022年冬季，由于遭遇极端严寒天气和发电量下降导致的电力供应短缺，英国电力价格曾飙升至创纪录水平。从2023年1月到3月底，英国家庭平均能源账单的价格上限提高约21%，达到每年4279英镑。虽然此举限制了电力供应商将不断上涨的电力成本转嫁给消费者，但政府也因此不得不直接承担一部分电力成本。去年4月，英国政府公布新能源战略，其中包括或兴建多达8座核电站，提高英国能源独立性，解决能源价格上涨问题。根据英国政府的计划，在2030年之前，英国将力争实现高达95%的电力产自低碳能源。

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英国政府此次宣布加快发展核能的计划，遭到部分环保组织和学者的反对，认为英国此时更应该增加风能、氢能和太阳能发电。沙普斯表示，新增的核电站都是中小规模，参与者包括罗尔斯罗伊斯以及日立公司。根据计划，1.57亿英镑部分用作加速英国核能的商业推广，还有部分将用于研发核反应堆如何在更高温的情况下安全工作。

回收资源从何而来

了解一下“乏燃料”

就像火电厂要不断加煤，当核燃料维持不了一定功率时就需要被更换，这类从反应堆内卸出的核燃料就叫做乏燃料。但“乏”并不等于一无是处，不同于燃煤之后留下的煤渣，乏燃料里仍蕴藏有大量宝贝。将其中高达96%左右未经燃烧的铀和新产生的核燃料提取出来，就能重新制成核电站发电所需的燃料元件。

对于即将迎来核电快速增长的中国而言，这种铀资源循环利用的方式，将在很大程度上解“核燃料”之渴。据国际原子能机构（IAEA）估计，中国有120万-170万吨潜在铀资源，目前探明铀资源储量约17万吨。随着核电机组的增加，中国对铀资源的需求也越来越大。中核集团地矿事业部统计数据显示，到2020年，中国预计将出现高达2600吨的天然铀供应缺口，到2030年，这一数值将攀升至10900吨。对全球而言，天然铀同样处于供不应求状态。

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无论从提高铀资源利用率、保障核能长远发展角度，还是从减少核废料角度而言，乏燃料后处理都是核燃料循环中极其关键的环节。但在巨大的核能发展需求面前，中国的后处理能力正亟待升级。

“极限操作”废料处理

日本将核废料出口海外

国际上对于高放射性核废料通常有两种处理方式：一种是将核废料经过处理装在大罐子里深埋于地下，这种方式适用于美国、加拿大这样幅员辽阔的国家；另一种则是将装有核废料的金属罐投入选定海域4000米以下的海底。事实上，日本政府曾提出过5种处理方案，包括排入海里、变成水蒸气排入大气、沿着地下管道排入地底深处、电解处理，以及将其固态化埋入地底。

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截至2019年5月，日本国内有至少1.6万吨核废料需要处理，在使用玻璃固化深埋的方式处理后仍产生了1万吨核垃圾。但作为一个土地资源匮乏的小国，加上过去30年间发生过80000次以上的地震，因此，填埋的方式显然不适用于日本。不仅如此，由于日本国内没有专门处理核废料的设施，因此只能选择出口。

实际上在许多发达国家如美国和瑞典，确实存在具备处理核废物能力的企业，它们可以利用先进的处理设施和技术，把这些低放核废料经过除污、解体和溶解后实现再利用。而不具备大量处理核废料能力的日本，选择将核废料进行出口：据每日新闻报道，日本此次计划出口的三种核废料分别是蒸汽发生器、加热器和乏燃料的储存罐。因为运输技术也已经十分成熟，这些核废料的运输无需担心。

俄罗斯新技术

不与其他重金属结合

今年，俄罗斯化学家正在研究一种新方法，它可以改进核废料的处理过程。该方法会使用一种化合物，它容易与铀结合，但不会与核废料中的其他重金属结合。乏燃料棒（即使用过的核燃料棒）通常含有一定数量的铀和钚，它们经过提取可以生成新的核燃料。核裂变的其他副产品还包括镎、镅和锔等持久放射性元素。它们都有自己的用途，但如果与其他垃圾一起掩埋会构成安全风险。

核工业界可以利用化学再加工过程来提取这些元素以及其他有价值的成分，然后再将乏燃料棒长期封存。不过，这一过程相对复杂。俄罗斯科学家正在探索的是一种取代行业标准做法的方法，会增加一个步骤，先把铀提取出来。被称作锕系元素提取的这个方案是，利用一种特殊化学物质从硝酸溶液中提取铀。

莫斯科国立大学化学系的科学家测试了一种源自邻二氮菲的有机化合物，它可以与铀形成离子键。他们发现，在将测试对象由实验室模拟废燃料变为工业回收过程处理的废燃料后，该化合物的效率超出预期。研究人员解释说：“这种化合物可以‘攫取’大量的铀，每个单位的提取剂可以与两个单位的铀结合。由于模型样本中的铀浓度较低，此前没有任何研究团队发现这种效应。”科学家们计划对类似化合物进行测试，以确定它们的效率是否更高。他们希望找到一种只与铀而不与钚结合的化学物质，从而简化这些物质的再利用过程。

发展核电

也不能忽视安全问题

核能是一种高效、清洁的能源形式，它可以在不产生大量二氧化碳等温室气体的情况下提供大量的电力。然而，核能也被认为是一种高度危险的能源形式，因为它涉及到放射性物质和核反应。核电本身是一种高度复杂的技术，如果不正确地使用，可能会造成严重的事故，从而对人类和环境造成严重危害。因此，核电本身具有潜在的危险性。虽然核电本身具有一定的危险性，但是现代化的核电站采取了多种措施来确保其安全性。只要核电站得到正确的设计、运营和废物处理，其危险性可以被控制在一定范围内，从而确保核电站的安全。随着技术的不断发展和管理的改进，如今的核电已经比以往更加安全。

1、清洁能源

核电是一种清洁的能源形式，它不会产生大量的二氧化碳等温室气体。随着全球气候变化的加剧，减少温室气体的排放变得越来越重要，核电是其中一个可行的选择。

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2、可靠性

国家对和安全绝对的零容忍，核电是一种可靠的能源形式，它可以提供稳定的电力供应。相比于风力和太阳能等可再生能源，核电不受天气和时间的限制。

3、能源安全

核电可以减少对进口能源的依赖，从而增强国家的能源安全。许多国家已经开始在核能方面进行投资，以减少对进口能源的依赖。

4、技术进步与创新

随着技术的不断进步和创新，核电站的安全性也在不断提高。例如，新型反应堆可以采用自然冷却、无需电力、自动控制等技术，以提高反应堆的安全性。同时，新型材料和设备也可以提高核电站的安全性和可靠性。

5、废物处理安全性

核电站产生的放射性废物必须得到妥善的处理和处置，以确保不会对环境和公众造成危害。虽然核电站的安全性得到了广泛的关注和控制，但是事故仍然可能发生。最著名的核电站事故是1986年的切尔诺贝利事故和2011年的福岛核事故。这些事故导致了大量的辐射泄漏，对环境和公众造成了巨大的危害。这些事故让公众对核电站的安全性产生了更多的疑虑。现代化的核电站采用了多种废物处理技术，包括贮存、中转、再处理、封存等，以确保废物的安全处置。

浅谈核废料回收

处理方式有所不同

核废料是核燃料经过核裂变反应后剩余的产物，但核裂变反应有一个独特之处，反应前只有二氧化铀一种物质，但反应后却会产生五十多种新元素，几乎占据了半个元素周期表。特别是其中的放射性会成倍增加。核燃料和反应后的乏燃料也就是通俗说的核废料的放射性，不可同日而语。如果不加处理任由其泄露出来，会造成严重的环境污染。

另一个原因是，核废料中其实还蕴涵着超过极大的资源。这就是“铀”。铀是自然界中仅有的几种能发生核裂变的核燃料之一，自然界中平均每吨地壳物质中含有2.5克铀，然而它在各种岩石中的含量很不均匀，而且总是以化合状态存在。

虽然铀的储量比金银等元素还高，但提取它的难度却比黄金白银大得多。并且随着核工业的发展，世界各地的核电站对铀资源的需求快速增加，据统计如果按照现在核电产业的发展速度，几十年后世界上的铀资源将被消耗殆尽。如果能从核废料中提取出铀、钚等几种能够作为核燃料的元素满足未来核能持续发展的需要。

目前国际上对于核废料也就是乏燃料的处理存在两个观点。第一个，也就是最主流的观点认为应该对它重视并尽早进行处理。这些国家以法国、英国、中国为代表。另外一个观点是以美国为代表的，认为可以先不处理，先把核废料贮存起来。而实际上回收处理的过程也是非常复杂的。首先要进行剪切，剪切成一小段一小段的。最后把它用强酸溶解，溶解之后才能进行进一步分化学分离回收。

关于核废料回收安全

我们有话要说

核研究领域手套箱主要涉及放射性物质的处理，需要保证操作人员免受放射性威胁，以安全第一为原则。在核废料、后处理、核能和核研究领域使用的手套箱有严格的规定，所以在设计核应用手套箱时严格遵守环境保护和质量控制等一系列国际安全标准。

核工业手套箱产品特点

专业核级手套箱密封性好，无气体泄漏，配有排风体系，排风量可调，箱体内外均为特殊不锈钢板，中间为铅板/ 铅砖，铅板/ 铅砖厚度依据内部放射源辐射强度断定。

1. 观察窗一般为铅玻璃，厚度依据内部放射源辐射强度断定。

2. 内部能够集成各种所需设备。

3. 操作手套为进口铅手套。

4. 设备圆角处理。

三种装置

1.快速更换过滤器或过滤器滤芯装置：

主要解决了过滤器取出过程中污染物会散发到大气中污染环境的缺陷。它可以实现过滤器或过滤器滤芯的快速更换，达到实验的目的和保护环境的目的。

2.物料转移装置：

将有害有毒或无菌材料从一个密闭容器转运到另一个密闭容器，在进行转运时不污染密闭容器或密闭容器周围的环境。转移装置包括α端口——通常安装在隔离器/手套箱壁上，以及产品传输端口β设备。两个组件配在一起时，可以在持续控制下将材料从环境中快速转入和转出。

3.袋封装置：

该装置的袋子用于单独传送无菌产品或废料的功能，装完组件后，可对该袋子进行灭菌，并且可随时连接至装灌线。不同的配置可以为各个领域提供全方位安全防护。

核工业核级过滤器机组

1.尾气处理：额定风量60立方/小时（三级过滤）设计方案

2.预过滤器：60m3 /h，过滤效率≥85（重量法），初阻力≤50Pa

3.初级过滤器：60m3 /h，过滤效率≥99（计数法），初阻力≤250Pa

4.高效过滤器：60m3 /h，过滤效率≥99.99（钠焰法），初阻力≤250Pa

5.泄漏率要求＜10-7 Pa·l/s

6.接口为KF40法兰

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