02/12/2013 - 07:20

最大限度减少危险,最大限度增加烦恼

控制裂变材料的使用途径是可用的防止核武器扩散措施中最重要的方法之一,人们普遍认为,高浓铀(HEU)无论军用或民用,都会造成核扩散威胁。这解释了为何国际社会更支持低浓铀(LEU)而非高浓铀。但是,选择最大限度减少 HEU 的发展中国家面临什么挑战呢?

在发展中世界,高浓铀的两种用途与最大限度减少 HEU 的举措有关:作为燃料,用于尚未转用或不能转用 LEU 的研究堆;以及作为裂变铀靶件,用于生产医用放射性同位素。(其他两个用途可能会在未来谈及:作为海军反应堆及快速反应堆的燃料。)

美国国家核安全管理局(NNSA)及国际原子能机构(IAEA)等促进转用低浓铀的组织,有时会采用"胡萝卜加大棒"的政策来鼓励发展中国家进行转换。所谓"棍子",就是这些组织可能会宣称发展中国家若不转用低浓铀,就将失去浓缩铀供应。所谓"胡萝卜",这些组织可能会向发展中国家提供研发支持或放射性同位素出口机会。由于政治压力或商业限制,并为了跟国际进行合作,许多发展中国家正试图尽可能减少高浓铀的使用。然而,发展中国家研究堆的一个"并发症",就是设施的管理人员常常面临压力,需要减少利益相关方的成本-- 无论是作为燃料还是靶件,向低浓铀转换都会带来重大的财务影响

成本太高?一些以高浓铀为燃料的研究堆并无向低浓铀转换的迫切需要 -- 它们的燃料库存足够多个运行周期使用。但是,需要新鲜燃料供给的反应堆就面临两方面的问题了:反应堆转换到 LEU 是否可行;以及能否高效、经济地进行转换?管理层如果决定转换,就必须找到适合的财政支持,以确保向 LEU 平稳过渡,保证设施运作的可持续性。

向生产医用放射性同位素的低浓铀靶转换呈现出一系列不同的问题。放射性同位素生产是一项主要的国际产业;钼-99,更具体地说是它的衰变产物锝-99(一种亚稳态的医用同位素),每年在约 3 千万例患者应用中发挥作用。从历史上看,该行业一直是依靠辐照 HEU 靶件(通常是铀-235 浓缩到 90% 以上)。转用 LEU 靶件要求靶件的铀含量增加到原来的两倍或更多。这在技术上是个挑战。此外,放射性同位素生产如果要保持稳定,就需要更多的靶件,并会产生更大量的废弃物。

另一个障碍是,无论转换的是燃料或靶件,把设施向 LEU 转换时往往需要几年的筹备时间,在此期间,必须更新核授权及允许从事医疗应用的许可。这些都意味着大量的前期成本,需由反应堆或其同位素生产商,或由一个主要的利益相关者(如政府)来承担。此外,研究堆和同位素生产设施必定担心任何转换过程中的销售损失,这意味着通常需要在进行转换的同时继续现有的生产流程。这对产能和成本有显著的影响。

面临这些问题的发展中国家的研究堆,金融方面的选择通常有限。它们可以向政府这样的利益相关者寻求协助;尝试使用商业同位素生产带来的资金设法应付;或者,如果有的话,它们也可以寻求发达国家的援助 -- 激励机制。(往往结合这三种方法才会带来最佳结果。)发达国家的重大技术、资金援助来自美国能源部和 NNSA 的"研究试验堆低浓化项目"(Reduced Enrichment for Research and Test Reactors Program)以及"俄罗斯研究堆燃料返回计划"(Russian Research Reactor Fuel Return Program)等来源;两者都收到了 IAEA 大量组织和资金支持。

限制太低?通常情况下,发达国家和发展中国家讨论最大限度减少 HEU 时,提上议程的第一个问题是将反应堆转换为低浓铀。第二是及时从不再使用核材料的设施中移除和处理这些核材料。为了帮助反应堆转换,发达国家通常为运作 LEU 反应堆可行性以及转换后同位素生产预计增加的成本提供带资助的计算评估。移除和处理核材料引起一系列问题,包括使用后的裂变材料在得到适当处理或退还前的安全存储。近年来,将反应堆使用后的可裂变材料退还给美国和俄罗斯这方面已取得显著进展,但问题依旧存在 -- 例如,怎样退还并非来自美国或俄罗斯的剩余材料。此外,美国"全球削减威胁倡议"中的一项倡议,即"Gap Material Program",旨在应对其他项目没有处理的高风险材料问题,现在似乎也停滞不前。

除了这些以外,此次"圆桌讨论"提出的问题 -- "发达国家可以怎样在新兴和发展中国家最好地激励最大限度减少 HEU?" -- 需要清楚地阐释何谓"最大限度减少 HEU"。

最大限度减少 HEU 的所有动力都与"核不扩散条约"以及 200 个签约国防止核武器扩散的努力相关。最大限度减少 HEU 在民用领域的使用是该条约的自然产物。但是,尽管经常讨论这个问题,对于何谓"最大限度减少 HEU",而非"彻底消除 HEU",并没有普遍的共识。另外,也有人认为所有程度的 HEU 使用都代表着真正的核扩散问题,这种想法也备受怀疑。

根据定义,HEU 有 20% 以上的浓缩的铀-235;LEU 是小于 20% 的浓缩铀-235。我在这里提出一个问题,也许有冲突但仍然值得考虑:为什么不能把 LEU 临界点提高到 20% 以上,从而帮助发展中国家的研究堆克服转换过程中面临的技术和财政方面的挑战呢?