【原】核电站烧过燃料中还有大量的铀和钚，就白白地埋地下了？

所谓的乏燃料就是核反应堆理应使用过的核燃料，一般都是核电站“烧”后剩下的核废料，新闻中经常有听说核废料地下深埋处理，全球也有多处填埋场，但据说烧过的核燃料中还有大量的铀和钚，难道就白白扔掉，不回收利用了吗？

核燃料是怎么烧成乏燃料的？

一般指的核反应堆就是裂变堆，因为现在还无法实现商业化聚变。裂变堆就是利用放射性原子核的裂变质量亏损产生能量，常见的易裂变材料是铀-235和钚-239，裂变的过程看上去并不难，即重核吸收受到中子撞击俘获后，比如U235变成U236，由于236基不稳定，它马上又会裂变成氪-92和钡-141，当然这两种元素也具有放射性，半衰期也不一致，会继续衰变成其他放射性元素。

铀-235裂变过程

比较有意思的是在核反应堆中不容易裂变的铀238也会变成容易裂变的钚-239，因为铀-238在快中子作用下也能裂变，只是它无法产生多余的中子持续裂变，这让它无法成为核燃料，不过它可以吸收快中子后变为铀239，铀239经过2次β衰变后变为钚239，所以乏燃料中的钚-239就是这么来的。

当然除了这些有用的元素外，衰变链中还有其它短寿命的放射性废物，这些影响不大，但也有长期会造成放射性污染的放射性同位素，比如锶-90、铯-137、锝-99和碘-12等，还有中子撞击原子核后却没有裂变的产物铀-236，这是一种很难处理的长寿命放射性同位素。它不会在自然界中产生，经常被鉴定是否是乏燃料的标志特征。值得一提的是在这个放射性物质的衰变链中有很多物质是稳定的，而且是贵金属铑、钯、银、锆、钌、钼、锝、钌等，是不是听上去非常有诱惑力？

乏燃料中的核燃料还能再利用吗？

抛开剂量谈毒性都是放屁，所以没有浓度来讨论核燃料的利用不是流氓么？我们先来看看乏燃料中的可利用元素或者同位素的浓度才能来谈利用。

乏燃料中绝大部分都是没法燃烧的铀-238，占了96%以上，其他比例如下：

铀-235的质量分数小于0.83%

铀-236的质量分数大约是0.4%

钚-239的分量为0.8%

钚-240的分量是0.2%

如果重水堆中的核燃料，那么铀-235占比为0.23%，钚-239和钚-240占比0.27%，从反应堆中取出时并不是说并不是裂变物质已经消耗掉了，而是可以裂变的物质浓度不够，裂变产生的中子增殖效应已经不能让链式裂变持续反应，或者效率太低。到此时裂变燃料就该退役了！

核燃料棒

乏燃料怎么处理利用？哪些国家能处理乏燃料？

乏燃料有两种处理方式，一种是最笨的方法，也就是直接埋入地下，最简单但这样似乎有些浪费，毕竟里面还有很多可以利用的同位素，但处理起来又非常困难，当前全世界只有法国、俄罗斯、英国、印度、日本、美国、比利时、德国、中国9个国家能处理和利用乏燃料，

我国乏燃料后处理关键技术有待改善

磷酸三丁酯萃取法

这是一种是用最广的乏燃料处理方法，能分将铀和钚从乏燃料中分离出来，它是1945年被发现对铀和钚具有很高的萃取效率，一般对铀和钚的萃取提纯用的PUREX法，这个方法名字的来源是钚（Plutonium）铀（Uranium）萃取Extraction）的并写，原理是利用金属离子形成非水溶性错化合物的性质，将原来是水溶性的铀、钸离子萃取入有机溶液相，但其它分裂物却不能形成错化合物残留在水溶液相，因此得以将它们和其它元素分离。

接下来就是同位素提纯，这个方法就回到老路上了，因为提纯同位素的方法并不多，而离心机分离是最普遍，效率比较高的方式，利用的是同位素之间微小的密度差，通过数十级离心机逐步提纯，成本极高，而且离心机制造难度很大，在国际上离心机属于严格管控的设备。

最后提一下日本发生临界事故的日本东海村工厂的部分业务就是做乏燃料处理的，年设计处理能力270吨，但每年仅仅只处理10吨，1999年9月30日在将硝酸铀酰倒入沉淀槽的作业中，沉淀槽中的硝酸铀酰溶液到达临界值，发生临界事故，导致2名作业人员死亡，666人被辐射照射，这是日本2011年福岛核事故前最严重的核意外，事故被评级为国际原子能事故等级第4级！