闭式燃料循环——为了可持续的核能

过去几十年间，铀和钚的后处理和再循环在许多国家引发了激烈辩论。包括美国、英国、法国、印度、日本、俄罗斯在内的一些国家，已经开发了后处理和再循环技术。包括印度在内的一部分国家，一直以来遵循着支持后处理和再循环的政策。这些国家采取这些政策，不仅是出于对铀资源有限性的考虑，更是因为认识到，后处理和再循环是确保核能源长期可持续性的最佳路径。

对于印度和中国这样的国家，若不开展后处理和再循环，核能的大规模扩张确实将是不可持续的。这些国家的铀资源也是有限的。在短期内，钍似乎不太可能成为能源生产的有价值资源。长期管理大量置于处置库中的高放废料，是不现实的。法国也有着持续不断的后处理和再循环项目，而俄罗斯正在推进高温处理，用于为其BOR-60反应堆生产钚铀混合氧化物燃料。

许多后处理的批评者认为，全世界现有的铀资源是充足的，因而使得燃料循环得以闭环并不是一个迫切需求。这是一种短视的论调。地球上现有的铀的数量——不论是在地壳中，还是在海洋海水中——都是有限的，因此核裂变能并非可再生。关于这个问题的唯一争论，涉及的是现有多少铀资源，能维持多久。由国际原子能机构（International Atomic Energy Agency）和核能机构（Nuclear Energy Agency）制作的铀资源“红皮书”显示，2013年全球铀资源总量为760万吨，以目前消耗速度足以维持约150年。但是，随着越来越多国家为满足自身能源需求而转向核能，铀资源消耗也必将加速。

暂且不论未来可能探明更多的铀资源，也暂且不论核能在未来的增长速度，结论必定是，依靠铀核裂变能，无论如何也撑不过几百年。相比人类可能将继续存在的时间长度，这并不是很长的时间。我们两位作者认为，当前这一代人对未来的世世代代负有责任，不应让世界的铀资源消耗殆尽。这就意味着，不能像今天这样，只利用了铀百分之1的能量，就将其弃为废物。必须进行后处理和再循环，使铀的百分之75（甚至更多）用于产生核裂变能。相较于铀的一次通过式利用，后处理和再循环有望使人类能从铀资源中获取核裂变能的时间延长至少50倍。

几个国家——尤其印度、法国、俄罗斯和中国——已经做出结论，快堆（可将热中子反应堆中生成的钚和贫铀用于发电）将是其未来核能计划的重要部分。“第四代国际论坛”（Generation IV International Forum，13国政府的一项共同事业）正在开发的创新核能体系六种概念中，有四种是基于快堆的。但是，不断有人提出反对后处理和再循环的论点。

除了铀资源在可预见的未来仍将充足以外，此类论点还包括，认为这种技术不成熟、成本高，还有核扩散担忧。但事实上，反应堆燃料的配制和再循环这一技术是成熟的，其发展已经达到了相当大的规模（虽然只是在一小部分国家中）。法国和印度通过大量的研发、稳定的政府政策、不断实施的工厂改良，已经证明钚后处理和再循环是安全、成熟的，其成本也是可接受的。与此同时，也可以方便地在燃料循环的设计中纳入防止核扩散的机制。可以设想一种分离方案，使来源于辐照燃料的铀和钚一同被回收，这样就不会产生纯钚，从而避免引发核扩散担忧。例如，在美国和俄罗斯都经过大量研究的高温处理所实现的裂变产物去污程度，低于水法PUREX流程（P指钚，UR指铀，EX指萃取），后者是目前为止核工业的主要依靠。这样就从内源上防止了核扩散。因核扩散担忧而采用一次通过式燃料循环，不再是令人信服的理由。

废料问题。在核能领域中，核废料管理是公众关注度最高的一个问题。在这一方面，一次通过式燃料循环有着两个严重问题。第一，由于一次通过式循环中的铀和钚在仅使用一次后就被弃置，因而造成更多的废料。这样就需要更多的处置库，以及这些处置库所需的不切实际的长期监控——公众对此想必是不欢迎的。第二，当今许多国家正在建设核能产业，但大多数国家都没有处置辐照燃料所需地理条件的场地。那么，又由谁来承担这些新建核能设施产生的乏燃料负担？

在计算各种燃料循环途径的成本时，必须将此类问题纳入考虑。通常，对比再循环和一次通过式循环的成本时，所基于的假设是铀的成本将保持在当前水平。但即便假定铀的价格保持几个世纪不变（不太可能），还是必须考虑到一次通过式循环更高的废料管理成本。同样，还必须考虑到，一次通过式循环将带来更多开采需求，造成更多环境破坏——如果铀和钚能得到再循环，则产生单位能量所需开采的铀矿数量就可减少。从全局角度看待成本问题，就可发现，后处理的成本并非人们经常描绘的那样高不可攀，后处理其实是有成本竞争力的。