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国外MOX燃料制造概述

来源:中核战略规划研究总院 日期:2020年12月07日

MOX燃料(铀钚混合氧化物燃料)是实现闭式燃料循环战略的重要环节之一。对核电反应堆产生的乏燃料,通过后处理回收其中的钚,然后制成MOX燃料,再在反应堆中重复利用,实现闭式燃料循环。

(一)美国

美国在20世纪70年代初建成5个小规模、总产能为50~70吨/年的MOX燃料制造厂,但由于卡特政府的核不扩散政策,美国于1977年决定采用“一次通过”核燃料循环方式,美国后处理厂关闭,MOX燃料生产也被迫停止。

2000年,美国与俄罗斯达成一份钚管理与处置协议,各自处理34吨武器钚。2005年,美国核管会批准在萨凡纳河场址投资建造一座年产量为70吨的MOX燃料制造厂(MFFF)。该厂于2010年开工建设。由于超预算等问题,2019年,核管会暂停了MFFF厂的建造。

(二)法国

法国是最早将MOX燃料用于压水堆和快堆的国家之一。1962年,法国在卡达拉什建造CFCa ATPu厂,先后建造了两条快堆-MOX燃料研制生产线,制造了用于狂想曲堆、凤凰堆及超凤凰堆的快中子增殖堆MOX燃料。由于技术难度大,问题不断,1998年法国停止大规模开发快堆。随后,CFCa ATPu于2003年开始停止燃料制造,2009年被授权关闭并开始拆除。2019年,计划在堆芯启动时采用MOX燃料的ASTRID先进示范快堆也被推迟到2050年。

1985年,法国电力企业为了在压水堆中使用MOX燃料,将CFCa ATPu厂的一条快堆MOX生产线改造成产量为15吨/年的压水堆MOX生产线,并于1990年投产。法国还耗资10亿欧元,于1991年开始建设MELOX厂,1995年建成投产。MELOX产量为120吨/年,采用成熟可靠工艺,自动化程度非常高,可生产高钚含量的轻水堆MOX燃料,实际产量可达到135~150吨/年。

(三)英国

20世纪60年代,英国在塞拉菲尔德开展包括MOX在内的快堆燃料研究,从1963年到1969年制造了约3吨轻水堆MOX燃料;从1970年到1988年制造了约18吨快堆MOX燃料。

为进入欧洲MOX燃料市场,英国建设了MOX示范设施和塞拉菲尔德MOX厂。MOX示范设施产能为8吨/年,于1993年开始运行,为日本和欧洲客户生产MOX燃料,1999年关闭。塞拉菲尔德MOX厂于2002年开始运行,但由于所采用工艺技术的复杂性,引发了生产故障,导致失去了欧洲市场。2011年日本福岛核事故后,日本也取消了订单,随后,英国宣布关闭塞拉菲尔德MOX厂。

(四)俄罗斯

20世纪70年代建成了3个快堆-MOX燃料制造设施:Granat、Paket和RIAR。

俄罗斯坚持闭式燃料循环政策,一直在进行快堆和MOX燃料的研究。俄罗斯建有1座BOR-60试验快堆和1座BN-600原型快堆,2014年又建成BN-800。俄罗斯矿业和化学联合企业于2011年开始建造了一座商业MOX燃料制造厂,2014年投入运行,为BN-800快堆供应MOX燃料。

(五)日本

日本从上世纪60年代开始研制MOX燃料,1965年建造了MOX燃料制造示范设施PFDF厂,可以为普贤堆和常阳实验堆供应燃料。目前该设施仍在进行改善MOX燃料性能和经济性的相关研究。

1983年,日本建造了钚转化设施PFFF厂,为常阳堆和普贤堆制造燃料,2002年关闭。1987年,投资320亿日币建造一条全自动化MOX制造设施PFPF厂,产能为5吨/年,从1988年到2017年,为常阳堆生产了301个MOX组件,为文殊堆生产了366个MOX组件。

从1993年开始,日本将乏燃料运往英国或法国进行后处理,并委托英国或法国将分离钚制成MOX燃料。2001年之后,日本将乏燃料在国内贮存,并建造六个所后处理厂和JMOX厂,以进行乏燃料后处理和MOX燃料制造。JMOX厂设计产能为130吨/年,于2010年底开始建造,计划2022年投入运行。

(六)印度

印度于1994年在塔拉普尔建造了一座18吨/年MOX燃料工厂(AFFF),为印度加压重水堆和沸水堆制造MOX燃料。印度一直坚持发展快堆和MOX燃料,1985年建成了印度实验快堆,2002年决定建造一座500MWe原型快堆,于2014年建成。为了为原型快堆提供MOX燃料,印度正在建造一座新的快堆MOX燃料工厂。

                                                                                                                                                                          (中核战略规划研究总院 陈亚君)

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