中国作为21世纪最大的发展中国家，需要核电来提供长期、安全、清洁、可持续的能源，实现产能优化和民族复兴。因此如何妥善处理反应堆的核废料，保证子孙后代家园上百万年的安全，驱散民众头上的疑云，便成为决定中国未来核能发展道路的重要因素。

什么是核废料？

上图为一个核反应堆燃料的生命周期示意图。广义上的核废料包括核燃料在上下游过程中产生的所有放射性废物。狭义上则专指核电站烧剩的废料，也称为乏燃料。虽然它有个“乏”字做前缀，可一点也不是“无用的废物”。相反，乏燃料浑身是宝，但同时它又充满危险，如不善加处理，会造成核燃料资源浪费和辐射污染。

从核电站卸出的乏燃料会暂时放置于反应堆场址的水池内冷却一段时间，在合适时候运至集中场址，进行处理或处置。

核废料的处理

1为什么要处理核废料？

高辐射

一座100万千瓦的核电站一年可以产生几十吨放射性废料，加工处理后产生4立方米高辐射核废料、20立方米中辐射核废料、140立方米低辐射核废料及200立方米非辐射性废料。

如下图所示，中国的乏燃料累积量逐年快速增长，如2015年中国运行的22个核能机组产生了约600吨乏燃料，如果不作任何处理，则其中150公斤的高辐射废料需经过1.2×10^10万吨水稀释才能达到排放标准，相当于长江136年的水流量，如果不加处理直接排放到大自然中，放射性可残留数十万年（比如钚为24.7万年），其造成的危害可想而知！

高浪费

从燃料利用率方面来看，目前的裂变堆主要利用天然铀中仅占0.7%的U-235作为燃料，而占绝大多数的U-238却无法有效利用，综合铀资源的利用率还不到1%。据世界能源组织估计，按目前反应堆对核燃料的消耗速度，铀在地球上的储量大约只够使用200年。

无论是从安全性还是经济性角度考虑，反应堆产生的这些核废料，尤其是乏燃料，必须得到妥善的处理，具体方法可以总结为以下四个方面：

①回收和纯化没有用完或尚未转化的核燃料

②提取和纯化新生成的核燃料

③提取有用的裂变产物

④对最终放射性废物进行安全处置

2核废料如何分类

除了核电站正常运行产生的废水、废气外，放射性废物还产自上游的采矿、精炼、燃料制造与下游的核废料，核相关设施的退役等过程，甚至连科研活动所产生的放射性废物，比如实验室的手套衣服、清洗污水。

前文提到的乏燃料仅仅是上图的第三部分，而且我国的放射性废物并不主要来源于核电站。

据清华大学核能研究设计院统计：我国民用核技术产生的废料累计近1万立方米左右，研究开发产生的废料大概在5000立方米左右，军工生产遗留下的核废料大约有几万立方米，核应用产生的放射源有上万枚。另外，铀矿开采时产生的含放射性物质的废矿石有几千万吨，另产生核矿渣几千万吨。上述数据，就是目前中国整个核废料存量的明细账，可以看出核电站的核废料存量比重较低，主要原因是核电站在运行过程中能及时处置部分核废料。

与之相对，一座同样功率的火电站，一年烧煤约350万吨，其中至少含有5吨天然铀。虽然火电站排放烟尘绝大多数被过滤系统捕获，但逃逸到环境中的放射性核素辐射强度依然会导致这样一座火电站的辐射强度比核电站强50倍。（数据源自华北电力大学郝卿的《核废料处理方法及管理策略研究》）

根据其放射性强度，核废料可以分为高中低三档。不同国家有不同标准 ，如上图所示，实际的核废料的质量比重里绝大部分都是中低放废物，而最需要关注的高放废物占3%，绝大多数源于乏燃料。

3核废料该去哪儿

核废料中除了乏燃料（下面单独介绍），其他无经济价值但又含放射性的废物该如何处理呢？这想必是广大人民群众最最关心的话题。

首先，请大家放心，所有的放射性废物都会根据其化学物理性质、放射性水平不同进行严格处理，保证所有排出物质对公众成员照射所造成的剂量值满足安全标准。

（1）废气一般为中低放射性，可以暂时贮存让其自发衰变，或者采用活性炭过滤等方法处理并达标，其放射性已经低于大自然本底，可直接排放到大气环境中。

（2）中低放废液可采用过滤、离子交换减小体积，并分离为可直接排放的净化液和需要封存的浓缩液。

（3）中低放固体和浓缩液需要打包封存，通过稳定固化处理（沥青化或水泥化）后浅层掩埋于地表。

（4）高放废物和中低放处理残余物则必须经过最严格的固化处理（玻璃化或陶瓷化）后封存深埋于地底。

最终将处理产物固化的好处有很多，包括方便储存运输、利于抗震抗压以防止接触地下水源造成核污染扩散并屏蔽核废物的辐射、易于导出核废物衰变产生的热量等。

乏燃料后处理方法

最简单粗暴的方法当然是找个与世隔绝的地方将乏燃料刨坑埋了，这种核燃料的利用方式称为“一次通过”方式，但要保证数百万年的地质稳定和辐射安全，实在是难上加难。因此有必要对乏燃料进行处理，分离其中有用的物质并加以利用，同时实现放射性废物最小化，这种核燃料利用方式被称为“闭式燃料循环”，而乏燃料后处理技术是实现闭式燃料循环的重要保障。

根据后处理过程是否适用水相介质，后处理方法分为干法和水法。当前的主流工业后处理厂采取的是水法。

水法的典型代表是美国上世纪发明的PUREX流程，利用萃取剂将铀、钚选择性分离回收。PUREX的主要优点是废液少、费用低，安全性高。下图为PUREX的简易流程图。

干法则针对难溶于水的核废料，采用熔盐或者液态金属作为介质，在高温条件通过电解、氧化还原等方法分离出放射性元素。干法适宜处理高燃耗、短冷却期的反应堆乏燃料，特别适合钍基熔盐堆。因为它的燃料主要由多种金属（钍和铀）的氟化物熔盐组成，难溶于水。

如何处理核废料确实是核能领域未来相当长时间需要面对的一个难题，但我们是知难而退因噎废食，将未来能源发展的机会让给其他国家，还是激流勇上攻克难关，把握住自己的命运不做21世纪的“贫油国”？

核能的发展就是一场科技革命与能源危机的马拉松竞赛，谁能抢占先机，谁就能保障自己国家人民未来数百年甚至数千年能源供给的安全。