不過，中國現(xiàn)在的核電技術(shù)發(fā)展已經(jīng)駛?cè)肟燔嚨溃匀A龍一號為例，中國自主研發(fā)的第三代核電技術(shù)已經(jīng)開始出口國外，比國際社會領(lǐng)先一步，同時第四代核電技術(shù)也取得了很大的突破。

 

隨著中國核電站數(shù)量的增加，也產(chǎn)生了大量的核廢料，核廢料處理的問題也日益顯現(xiàn)，那么中國是如何應(yīng)對這一問題的呢？先讓我們從核能的開發(fā)利用說起。

 

（一）在核燃料的提純和使用過程中，核廢料無處不在

 

既然核能是清潔能源，那為何還有核廢料一說？

 

理論上，核電的發(fā)電效率高出火力非常多，同時核反應(yīng)堆將熱能轉(zhuǎn)化為電能的過程是在一個閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，不產(chǎn)生任何污染氣體。然而，在核能使用前后卻會不可避免地產(chǎn)生一定量的核廢料。

 

電站發(fā)電的實質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化，而核電的能量則來自于原子核的核反應(yīng)：中子轟擊鈾-235核，使原子核分裂成兩個質(zhì)量較小的新原子核（核裂變反應(yīng)），核質(zhì)量的減少會產(chǎn)生巨大的能量。

 

而自然界的鈾礦中，鈾-235豐度是無法直接供核電站使用的，必須先用化學(xué)手段提純。要想獲得鈾-235，必須先用化學(xué)手段提純礦石的鈾氧化物，這一過程會產(chǎn)生大量的化學(xué)廢料，同時采礦過程中還產(chǎn)生了大量鈾含量0.05%以下的放射性巖碴（它們因精煉成本過高而棄用），最后精煉的總過程產(chǎn)生了90%以上的各種核廢料。

 

得到提純的原料之后，還需要將鈾-235從鈾的眾多同位素中分離處理，目前普遍的手段是將其變成氣態(tài)氟化鈾，然后離心出來，最后經(jīng)過加工才能應(yīng)用到核電站上，在這一過程中，又會產(chǎn)生新的核廢料。

 

當(dāng)核燃料進(jìn)入到反應(yīng)堆中，鈾-235經(jīng)過連續(xù)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，釋放能量。但目前人類的技術(shù)水平還無法將核燃料完全利用（早先的核技術(shù)一般只能利用成品料的1%-2%），加上鈾元素裂變后的產(chǎn)物，這些殘留物就成了高輻射的乏燃料。

 

最后，核電站的使用并非永久性的，其壽命一般在30年左右。到期退役的核電站需要進(jìn)行拆除，拆除后的廢爐碎塊及其他反應(yīng)堆配件，因為長期接觸放射性物質(zhì)，也具有一定的放射性，需要當(dāng)作核廢料處理。

 

（二）核廢料處理三步走：分離、固化和儲存

 

核廢料的危害和其他放射性物質(zhì)危害是類似的，首先是放射性核素，這些放射性核素如果泄漏，會進(jìn)入空氣、水源，或者吸附在生物表面，最終有可能通過飲食或呼吸進(jìn)入人體，引起各類放射性疾病，造成人壽命的縮短。

 

同時，放射性物質(zhì)會在衰變過程中輻射出高能射線，這些射線通過物質(zhì)時，會發(fā)生電離和激發(fā)作用，對生物體引起輻射損傷，這種損傷可能會造成基因破壞，遺傳給后代。

 

根據(jù)危害程度的不同，核廢料的處置方式也有差異。

 

核廢料按照放射性的強弱分為高、中、低放射性三類。高放射性核廢料主要是發(fā)電后產(chǎn)生的乏燃料及其處理物；中低放射性核廢料則是核電站的污染設(shè)備、檢測設(shè)備，及運行時的水化系統(tǒng)、交換樹脂、廢水廢液等。

 

中國對于這些核廢料的處理嚴(yán)格按照國際原子能機構(gòu)的要求。

 

對于中低放射性核廢料，無論是固體核廢料還是液體核廢料，首先需要進(jìn)行固化處理，然后再封裝到200升的特制不銹鋼桶里，最后放在淺地層的處置庫里。

 

而對于高放射核廢料，首先要把它送到處置場進(jìn)行玻璃固化，然后封裝到可屏蔽輻射的金屬罐中，最后深埋到更深的地層中（至少500米深），或者投入選定海域4000米以下的海底。

 

由于核廢料的半衰期從數(shù)萬年到10萬年不等，因此處置庫的地質(zhì)條件必須保證其至少10萬年內(nèi)的安全。

 

核廢料處理的兩大特點就是分離和固化。

 

分離有兩步，首先是將核廢料中無放射性的物質(zhì)分離出來，將其體積縮小（高放射性廢物的儲存和化學(xué)方法玻璃化處理費用昂貴）。

 

對于有放射性的物質(zhì)，需要利用化學(xué)手段，將其中長、短半衰期的元素分開。

 

半衰期短的元素，只需要讓其自然衰減，就會變成無放射性的廢料，再與正常的廢料一起處理。

 

而半衰期長的廢料，則需要分離出有利用價值的原料，并對于無法繼續(xù)利用的廢料進(jìn)行固化，防止有輻射的物質(zhì)泄漏，然后將其儲存。

 

核廢料的玻璃化就是將核廢料固定到特殊的玻璃體內(nèi)。玻璃體作為一種非晶態(tài)物質(zhì)，對不同元素有著廣泛的包容性，而且具有良好的耐久性，核廢料中的大部分元素都可進(jìn)入玻璃結(jié)構(gòu)中，以原子尺度固化，這能有效保障其不向外界環(huán)境遷移，是目前安全處理核廢料最有效的固化手段。

 

以往核廢料的玻璃固化是直接在電加熱爐中進(jìn)行的，先將廢料熔融，然后快速降溫玻璃固化。玻璃固化能一定程度上減小廢料的體積，降低核廢料儲存的空間成本。不過這種處理方法的成本較高，所以主要被用于高放射廢料的最終處理。

 

而對于一個發(fā)電量100萬千瓦的核電站，一年產(chǎn)生放射性廢料在幾十噸左右，超過99%的核廢料是中低放射性廢料。

 

一直以來，各核技術(shù)應(yīng)用大國都在尋求一種更為經(jīng)濟(jì)有效的核廢料處理方式，這種處理方式不僅可以安全處理高放射性核廢料，也能更安全、經(jīng)濟(jì)、快速地處理中、低放射性核廢料。等離子體處理技術(shù)應(yīng)用于核廢料處理的研究就是在這樣的背景下誕生的。

 

（三）等離子技術(shù)一出手，分分鐘搞定核廢料和其他危險廢物

 

等離子體由大量的高溫高能粒子組成，處理廢物的過程中，能夠?qū)U棄物中的分子分解、再組合，經(jīng)過處理以后，有害物質(zhì)被分解，重金屬被分離開來，其余部分被熔融后固化成玻璃體。

 

熱等離子體處理技術(shù)具有高溫、高能量密度、適用性廣等特點，已經(jīng)在焚燒飛灰、醫(yī)療垃圾、多氯聯(lián)苯等危險廢物處理領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外的研究也證明，它在經(jīng)過恰當(dāng)改進(jìn)以后是完全可以用于放射性廢物處置的。

 

等離子體處理核廢料的核心就是等離子減容設(shè)備，它一般包含了預(yù)處理、分選裝置、減容裝置（等離子體熔化爐）、冷卻固化裝置以及尾氣處理等裝置。通過預(yù)處理和分選裝置，可以對金屬和無機物進(jìn)行大致分類，區(qū)分可燃物、難燃物和不燃物，并把廢物中大塊的進(jìn)行破碎、分割處理。

 

然后進(jìn)料器連續(xù)地向等離子體熔化爐供給廢料，廢料在爐中被分解、熔融，熔融物從爐底排放口中排出，接著在冷卻固化裝置中慢慢冷卻。冷卻固化后的廢物，可以分裝到核廢料儲存專用的200 L桶中。

 

最后的尾氣處理系統(tǒng)，可以將處理產(chǎn)生的有害氣體先進(jìn)行二次燃燒室燃燒，然后再用脫硝裝置消除氮氧化物、清洗塔除去氯化氫及二氧化硫，尾氣中的放射性物質(zhì)再用陶瓷過濾器和高效空氣過濾器除去。燃燒完的廢氣經(jīng)過冷卻塔使氣體快速冷卻，還能有效防止二惡英等有害物質(zhì)重新合成。經(jīng)過上述處理，尾氣可以直接排放到大氣中。

 

經(jīng)過等離子減容處理后，中低放射性核廢料的體積會大大減小，分裝入桶后可以直接運到處置場，而且核廢料玻璃化以后更為安全，可以進(jìn)一步做到完全處置。

 

相比燃料式熔融爐法（存在尾氣量相對大、放射性核素?fù)]發(fā)率高）、冷坩堝感應(yīng)熔融爐法（處理量較小、需要多臺裝置并聯(lián)運行）等方法的玻璃化過程，等離子處理技術(shù)的效率更高、產(chǎn)生尾氣量低，而且對核廢料的適用性更強，能夠處理包括高熔點廢物和金屬在內(nèi)的混合廢料，使得該技術(shù)同樣適用于中、低放射性核廢料的處理。

 

不僅如此，等離子技術(shù)的兼容性更高，在引入等離子體離心機處理核廢料新技術(shù)之后，等離子處理的優(yōu)勢進(jìn)一步凸顯。

 

等離子體離心具有質(zhì)量過濾的作用，可以作為以往化學(xué)技術(shù)分離補充：通過將有害廢棄物霧化并電離后，注入旋轉(zhuǎn)過濾器，各個元素受到電場和磁場的影響不同，過濾器利用離心力和磁力將較輕、較重的元素分開。

 

較輕的元素通常比較重的元素放射性低，而對高放射性廢物可使用更高水準(zhǔn)的方法進(jìn)行玻璃化固化，保證更長久的穩(wěn)定性。這再次降低了高輻射廢物玻璃化、處理和存儲的成本。

 

國外在核廢料處理方面，等離子體處理已經(jīng)開始普及，中國在這一方面的應(yīng)用研究也緊隨其后。2012年，第一臺國產(chǎn)化核廢料處理等離子熔融爐，在長沙開工建設(shè)，采用了當(dāng)時世界放射性核廢料處理領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)。

 

而今年的1月10日，中國在廣東清遠(yuǎn)市建立的第一個基于等離子的危險廢物處理示范項目正式通過驗收。該項目包括了放射性廢物處理方法及裝置在內(nèi)的40項等離子體技術(shù)核心專利群，整套裝置采用模塊化、自動化、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行建設(shè)，每天處理能力達(dá)到10萬噸。

 

它不僅展示了一種治理危險廢物（如醫(yī)療碎屑、生活垃圾和礦物油）的新途徑，而且標(biāo)志著中國固體廢物處理行業(yè)的重大技術(shù)突破。

 

這套裝置是核電技術(shù)成功應(yīng)用于民用環(huán)保領(lǐng)域的典型，非核廢料經(jīng)處理后的玻璃體還可以作為路基、建材等被使用（有害物質(zhì)已經(jīng)分解，不存在輻射和污染），不久的將來，以該項目為藍(lán)本，等離子體固廢處理技術(shù)將在全國推廣使用。