核反应堆“炉灰”何去何从？

反应堆，又名原子炉。但是这个炉可不同于生活中常见的火炉，火炉烧的是煤，原子炉“烧”的是核燃料，“烧”的过程是中子打在核燃料上而发热。

正因为“烧”的是核燃料，所以这个“炉灰”比较特殊，称为乏燃料。乏燃料不会像煤灰那样碎了一地，和新料相比有一些变形，显得肿胀一些，因为被中子打的。

一座百万千瓦级的压水堆核电站, 每年卸出乏燃料约25吨，其中一些核废物寿命长、一些放射毒性大, 对人类环境构成长期危害。因此，乏燃料的何去何从与我们的生活质量和子孙后代的环境安全息息相关。

目前，对乏燃料的处置有3中方式：

第1种.反应堆内卸出来的乏燃料经过暂时降温存储后，经过适当包装, 直接埋掉，这种处理方式称为一次通过式。

因为卸出的乏燃料很热（注：这里的热，与平时所谈的热不太一样，其实是燃料的功率），必须降温，所以暂时存储这一步是必须的。通常存储在大水池子里面或者金属桶、混凝土桶等。

目前乏燃料的主要处理方式是深地质处理，可以埋在地下、海底、冰川。也有提出甚至送到太空的。

由于乏燃料具有放射性，因此一定要包的严实，埋的要深。否则发射性小粒子就像孙悟空一样，会跑出来，包装的容器和深埋的土壤就像金钹一样，将他封住。

比较著名的深地层处置库为美国的尤卡处置库，位于拉斯维加斯山谷西北80英里（130公里）处，内华达州南部中心地区靠近与加利福尼亚州交界处的山脊线内。▼

1987年，美国国会通过候选场址。2010年，能源部正式向核管会提交申请，撤其建造许可证申请书。美国唯一的高放废物地质处置项目已经正式终止。▼

这种处理方式倒是省事了，然而，问题诸多。首先，乏燃料中一些元素，寿命特别长，有的是超长待机型，十万甚至百万年之后还具有强烈的放射性。试想一下，几十万年之后，都子孙多少代了，乌龟都先去了，我们留给子孙后代的垃圾还在。

再试想一下，几十万年后，子孙后代们在埋着核废料的地方，挖个坑，打个井，再做个矿泉水，后果不敢想。

其次，直接埋起来的方法潜在风险很大，因为经过长期的地质环境侵蚀，乏燃料的包装有可能泄露，一旦泄露，将造成周围的土壤产生放射性污染。

再次，这种直接埋掉的做法非常的浪费，因为乏燃料中还有许多可以利用的元素。如果有合适的方式，97%都是可以再用的。

综上所述，这种直接埋掉的方法弊大于利，迫于实际，用的最广。

第2种.乏燃料经过冷却后，在后处理厂处理一番，分离出铀和钚等可用的元素再做成燃料送回反应堆，再把废物埋掉。这种方法称为闭式循环。

乏燃料的这种处理方式相对于第一种方法，优越很多。一是做到了废物利用，将乏燃料中的铀和钚再次做成燃料继续使用，缓解了燃料资源利用率的问题。二是减少废料体积，相对于第1种，可减少到第1种的1/5。三是核废料的寿命相对较短，相对于第1种，废料寿命可以降到万年量级的。

然而，这种闭式循环的处理方式，依然存在很多问题。首先，处理过程中产生的核废料，虽然将寿命降到了万年量级，但是，万年对于子孙后代而言，依然影响很大。相当于从新石器时代到当代社会。

其次，虽然做到了废物利用，但是利用得不充分，裂变产物中一些元素依然是可以利用的。

总而言之，这种方法较第1中直接埋掉的方法好一些，但并不是最优的。

第3种.乏燃料经过冷却和后处理厂分离后，分离出的铀和钚送到反应堆内继续使用，裂变产物中可用部分送到ADS（加速器驱动次临界系统）内，核废料埋掉，这种方法称为分离-嬗变策略。

裂变产物中可用的部分在ADS中使用的过程就是嬗变过程。所谓嬗变，通过核反应将一种化学元素转化成另外一种元素，

或将一种化学元素的某种同位素转化为另一种同位素。其实就是在ADS内，元素被中子打过，变成了另一种。

采用分离-嬗变的处理方式有以下4大优点：

优点1：需要深地质处理的核废料体积小。乏燃料不可能做到百分百的利用率，因此即使使用ADS嬗变，也有一些核废料需要埋起来，但是，相对于第1种，体积为其1/50。

优点2：核废料寿命短。采用分离嬗变过程，可以将一些长寿命核废料转化，如镎237半衰期约为2百万年，可以嬗变成钚接着用。最终产生的核废料寿命可以缩短到500年左右。相对前2种，可以说是质的跨越。

优点3：铀资源利用率高。采用分离嬗变，原理上铀资源利用率可从目前轻水堆的~1%提高到95%以上。

优点4，既能烧核废料又能发电。ADS系统被称为核废料理想的焚烧炉，但是它可不是只干烧核废料这一件事，在焚烧核废料过程中，还能产生电能，一举两得。

可能有的朋友会问，采用分离嬗变方式，不是还得埋核废料吗？不过，既然想要解决化石能源危机，必然利用核能发电，想要利用核能发电，难免有核废料产生。采用ADS嬗变，是目前最优的选择。既要马儿跑得好，又要马儿不吃草，既要发电，又一点废料都不要是不能的，ADS的出现就是将废料的危害降到最低。

综合以上3中乏燃料的处理方式，想必“乏燃料的何去何从”这个问题已经有了明确的答案，那就是借助ADS，采用分离嬗变的方式。中科院2011年启动战略性先导科技专项“ADS嬗变系统”，中国铅基反应堆CLEAR被选作ADS系统次临界反应堆参考堆型。相信在未来ADS一定会充分发挥自己的优势，解决核废物最少化问题，实现核能的清洁可持续发展。