一、核废料的危害

核废料，指在核燃料采掘、生产、加工、乏燃料后处理、核设施退役过程中产生的以及核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废物。其危害主要来自放射性、射线危害和热能释放三个方面。

核废料的危害来自放射性

特征

描述

放射性

核废料一般都具有放射性，其唯一的消除方法是靠自身的放射性核素不断衰变，普通的物理、化学和生物方法都无效

射线危害

核废料放出的射线通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤

热能释

核废料中放射性核素会通过衰变不断放出热量，所包含的放射性核素越高，释放出的热能越多，从而导致核废料温度和盛放核废料的容器温度都不断升高，一旦处理不善，有引发核泄露的危险

核能的广泛利用必然产生大量核废料。从核燃料的开采，到燃料元件的制造，再到核电厂的运行以及乏燃料的后处理和核设施的退役，都将伴随着核废料的产生。通常所说的核废料包括低放射性核废料、中放射性核废料和高放射性核废料三类。第一种通常是生产过程中被辐射过的一些物品及一些废气废液；第二种通常是发电过程中所产生的一些废液废物；第三种包括高放废液和从堆芯中置换下来的乏燃料。乏燃料是经受过辐射照射、使用过的核燃料，因为其利用率仅仅达到了百分之几，具有很高的放射性。

二、核废料处理现状

由于核燃料的高度危险性，同时原有处理方式容量有限，如何处理世界新生产的核废料成为摆在世界各国面前的一道难题。核废料处理是将核电产业各环节产生的核废料经过减容、分类、整理、固化、包装、吊装、运输、贮存等手段达到与生物圈有效分离的目的，在核电产业链中具有重要地位。

放射性废气处理主要通过除尘器、冷凝器、硝酸汞除碘洗涤器和NOX吸收器进行处理，然后，再依次通过第二除碘洗涤器、含银沸石除碘吸收器和高效颗粒过滤器进行处理，最后经由100米以上的大烟囱排入大气。相对而言，放射性废液和废物的处理过程更加复杂，国际原子能也提出了严格的要求。

国际原子能机构对核废料处理提出了严格的要求

核废料类型

处理方式

中低放射性废液

将废液转化为固体废物或去除废液的放射性，以便采用更方便的方法进行处置。

中低放射性固体废料

首先对固体废物进行切割、碎化、压缩等减容处理，然后固化装桶后放入废物库

高放射性废液

中间贮存，或者采用固化技术固定住废液，并且长期禁锢住放射性核素，最后进行地质处置

乏燃料

直接把乏燃料当核废料，经过处理装在大罐子里直接埋到很深的地层下，如美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚等先在核电站乏燃料水池临时贮存，再运至处理厂后处理，固化后地质处置

1、中国核废料处理存在的问题

我国核废料处理产业起步较晚，发展进程相对核电发展而言较为滞后。根据《中国核工业》2015年的报道，我国后处理产业尚未形成工业生产能力，与法、英等世界核大国差距明显，甚至还要落后于印度。同时，目前还存在中间贮存技术路线不确定、MOX燃料的应用研究不够、责权利的划分不明确等诸多问题。

我国核废料处理产业尚存在诸多问题

存在问题

具体情况

中间贮存技术路线不确定

离堆贮存技术路线需与闭式循环体系相一致，我国乏燃料中间贮存一直采用湿法技术工艺，干法贮存只是作为应急之举。但迫于当前的离堆贮存压力，究竟采用湿法还是干法与湿法相结合的中间贮存技术工艺，已经成为业界关注的焦点之一

MOX燃料的应用研究不够

在闭式循环路线中，乏燃料后处理分离出的铀、钚制成MOX燃料，在快堆中实现循环利用。目前我国多数压水堆已经通过持续改进提升了功率或改进了燃料管理方式，因此要采用MOX燃料，就需要采取相应的措施，而我国目前在MOX如何应用的问题上，还没有明确的政策规定

责、权、利的划分不明确

在商业乏燃料后处理领域，我国的有关法律法规及政策还不健全，使得与后处理有关的责、权、利的界定不清。比如，乏燃料后处理分离出的钚、铀，其所有权是否归属业主并无明确的规定

我国中低放固体核废物一般存储在暂存库中，高放射性废料主要是暂存在各自的硼水池中。国家环保部已建成运行的2座批准的处置容量合计14万立方米，远低于核电厂运行固体废物的积存量，高放废料地质处置库短期也难以建成。目前，运行时间较长的大亚湾、秦山、田湾等核电站的中低放固废暂存库和乏燃料池均出现接近饱和的状况，核废料处理需求。

中低放核废料一般采用近地表处置。设备、工具、衣物、浓缩残液等中低放核废料经过减容、固化处理，转化为耐久稳定的固化体。固化体装入特定的密闭金属桶后，先送到现场废物库贮存，然后再运输到符合规定的区域储存在地下100到300米浅层废物库中，安全监管年限为300-500年。

中、低放废液首先进行沉淀和过滤、蒸发、离子交换和膜技术（如电渗析、反渗析、超滤膜）。将比活度低的核燃料放射性废水经行蒸发，然后留下比活度高的液体，称为蒸残夜。蒸发后进一步固化，再进行浅层填埋或地表处置。首先对固体废物进行切割、碎化、压缩等减容处理，然后固化装桶后放入废物库。除此以外，焚烧是处理可燃废物的最佳选择之一。据估计，科研院所在科学实验过程中产生的放射性散料废物有一半多是可焚烧固体废物，焚烧处理废物的减容比可达到100:1或者更高。

中低放废液处理过程

高放废液放射性强，半衰期长，发热率高，腐蚀性大，对其处置非常严格。一般先用特制的不锈钢槽贮存，处理时采用固化技术（多使用玻璃固化方式）固定住废液，并且长期禁锢住放射性核素，最后进行地质处置。此外，各国也在研究通过化学分离把高放废液中的超铀元素和长寿命裂变产物分离出来，制成燃料元件或靶件送反应堆或加速器中，通过核反应使之嬗变成短寿命核素或稳定元素，国内已有相关研究。

2、核废料处理的方式

核废料中最难解决，同时危害最大、半衰期最长的就是乏燃料，乏燃料处理是核废料管理的重中之重。乏燃料一般先在核电站临时贮存，每个核电站的核废料临时存放库可存放电站运行10年产生的核废料。临时储存库满但无法进行后处理时，就必须谋求离堆贮存。乏燃料的处理有两种方式：一是像美国的“一次通过式””，将乏燃料直接进行地质处理；二是像法国、英国一样，采用临时湿式贮存再进入闭式循环的后处理方式，最后进行地质处置，我国目前倾向于该技术路线。

一次通过是指将乏燃料冷却后直接进行地质处置的方式。由于高放射废弃物半衰期长，毒性强，辐射强，可能造成的危害大，欲使放射性废物与生物圈永久隔离，达到安全管理和处置的目的，从现有科技水平看，地质处置是最可行的方式。地质处置指把高放废物处置在500-1000m深的地质体中，通过建造一个天然屏障和工程屏障相互补充的多重屏障体系，使高放废物对人类和环境的有害影响低于审管机构规定的限值，并且可合理达到尽可能低。全部地下处置工作必须由地面操纵的机械完成。

但是，选择这样的地质处置库是一个世界性的难题。选址的原则包括：地质稳定，远离活断层和强地震带；主岩有足够厚度和面积；水文地质条件清楚；主岩孔隙度小；主岩导热性能好；主岩机械强度高、热稳定性和辐照稳定性好；主岩化学吸附性能良好；人烟稀少，无地下资源。因此，虽然很多国家都建造了地下实验室，但建设地质处置库的只有芬兰和瑞典。

我国已提出将在2050年前后建成高放废物处置库，目前仍在场址预选研究阶段，在对华东、华南、西南、内蒙和西北等5个预选区进行初步比较的基础上，重点研究了西北甘肃北山地区。开发和建设时间分为三个阶段：2006-2020年是试验室研究开发和处置库选址阶段；2021-2040年是地下试验阶段；2041-2050年是原型处置库验证与处置库建设阶段。

我国地质处置库发展计划

时间

建设阶段

2006-2020年

试验室研究开发和处置库选址阶段

2021-2040年

地下试验阶段

2041-2050年

原型处置库验证与处置库建设阶段

闭式循环可以从辐照后乏燃料中回收有用的铀和钚，再制成新燃料元件返回热堆或快堆使用，能大大提高铀资源的利用率。如果实现快堆核燃料闭路循环，铀资源利用率可提高60倍左右，这意味着本来能使用50-60年的天然铀可利用3000余年。对乏燃料进行后处理，既回收循环使用了其中有用的铀、钚，也大大降低了需要处置的高放废物的毒性和体积。产典型代表就是可以用核废料生产MOX燃料。MOX燃料是由7%的钚239氧化物和93%的铀238氧化物混合制成的。设计的巧妙之处在于，将核废料里的钚以及自然储备更多的铀238给利用了起来。当铀238吸收一个中子之后，会经过一些核反应转变为钚239，而钚239也能发生核裂变反应，能够用于核电站发电。乏燃料后处理技术已有50多年的历史，目前世界上从事商业后处理的国家包括法、英、俄罗斯、日本、印度等。法、英两国大型商业后处理的水平处于世界领先地位。70年代中期美国由于政治原因完全停止了商业后处理活动，但从未停止过有关后处理技术的研究，2006年明确宣布重启了后处理计划。目前正在运行的大型商业后处理厂有：法国的阿格工厂，年处理能力为1600吨；英国的塞拉菲尔德后处理厂，年处理能力为900吨。我国尚无建设完成的商用大型后处理厂。

三、我国核废料处理行业发展趋势

中国目前运行的反应堆数排世界第五，在建反应堆位居世界第一。目前全世界有439座反应堆正在运行，66座反应堆正在建设。分国家来看，全球运行核反应堆数量最多的4个国家是美国、法国、日本和俄罗斯，美国运行的核反应堆有99个，中国有30个（含中国实验快堆），位列世界第5。

1、我国核电发电量占总发电量自2010年以来逐步提升，2015年全国核电累计发电量为1689.93亿千瓦时，同比上升29.42%，约占全国累计发电量的3.01%。但是，我国核电发电总占比在全球运行核反应堆数最多的10个国家中仅高于受福岛核事故影响的日本，远低于世界平均水平23.3%。

我国在运反应堆排世界第五，在建反应堆排名第一

2005-2015年我国核电发电量走势图

2015年底全国核电装机容量2642.74万千瓦，按照2020年装机容量5800万千瓦计算，年为均增速约为17%。由于到该规划并未考虑内陆核电建设，考虑到我国规划中核电站大多分布在内陆地区，如果内陆核电项目通过研究论证，则实际增速将更高。

2、受全球不断增长的电力需求、不断加强的环保意识和化石燃料价格及供应波动驱动，发展核电成为世界主要国家的普遍选择，越来越多的国家也表现出对于发展核能的兴趣和热情。2014年核能发电占比最高的是法国（73.3%），此外如美国（19%）、俄罗斯（18%）、韩国（28%）和瑞典（38%）等核能发电占比均达到较高水平。新兴国家方面，世界核协会宣称，45个没有核能的国家正在考虑使用核电。

核电已经成为世界的主要能源之一

随着核能发电在世界上越来越广泛的应用，核废料的产生将进一步提速。一方面，核站

运行过程中会不停产生核废料，另一方面，发达国家关停核电站的过程中也需要处理大量核废料。因此，核电的普及也带来了核废料处理需求的不断提升。

3、随着我国“一带一路”战略推进，很可能激活当地的核电市场。国家发展改革委、外交部、商务部于3月28日联合发布了《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》，宣告“一带一路”进入了全面推进阶段。“一带一路”是中国对外开放新战略的重要组成部分，为设备出口与境外直接投资提供便利与支持，涉及60多个国家、40多亿人口，沿线国家较多有明确意愿考虑发展核电。同时，我国核电“走出去”战略得到了国家政策的大力支持。国家主席习近平和国务院总理李克强在2014年的国事访问中多次“推销”核电。2015年1月，在我国核工业创建60周年之际，李克强总理作出批示指出，全面提升核工业竞争优势，推动核电装备“走出去”。

核电“走出去”战略不仅仅是说出口核电机组，也包括燃料供应、技术支持、核废料处理技术与设备的出口等方面。随着我国核电出口的不断推进，预计相关产业、包括核废料处理的市场空间都将获得极大拓展。

4、核废料处理产业链可分为站内处理、运输和核废料处置场三个环节。其中我国目前唯一一家具有运输乏燃料资质的公司为中核集团旗下的清原环境技术工程公司；我国的中低放废料处置场已建成运行的仅有2座，乏燃料离堆贮存接收地为四〇四厂等。

2014年全国核电装机容量2,029.66万千瓦，全国核电站一年约产生中低放核废料约2,000立方米，乏燃料为530吨左右。按比例计算，每百万千瓦的装机容量一年产生中低放核废料约100立方米，乏燃料约约25吨。根据2014年11月发布的《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》，到2020年核电装机容量达到5,800万千瓦，将产生中低放废料约5,800立方米，乏燃料约1,450吨。此外，由于核废料处置建设落后于核电机组的建设和运行，目前我国的在运核电站堆积了大量的核废料。核电厂的高放射性废料主要是暂存在各自的硼水池中。如果假设每年核废料按比例增长，2015-2020年共产生乏燃料5,940吨，算上之前存放在硼水池的废料3,000吨，2020年将有8,940吨乏燃料待处理。

2014-2020年乏燃料产量预测

2014-2020年中低放核废料产量预测

核废料处理市场包括两大部分，一部分为建设投资，另一部分为每年发生的核废料处理运营市场。根据我们的测算，如果不考虑再循环工厂建设，来未来5年间核废料处理总体市场空间过超过150亿元/年过，其中运营费用超过90亿元/年；考虑再循环工厂建设，总体市场空间将达到近300亿元/年。

相关报告：智研咨询发布的《2016-2022年中国危废处理市场运营态势及投资前景分析报告》