目前，世界上大部分的核電站是采用一次性燃料的大型輕水反應(yīng)堆，其熱力學(xué)發(fā)電效率很低，產(chǎn)生的乏燃料需要長期儲存，并且利用了核燃料中1%的能量。

    自核時代開始以來，已經(jīng)有了應(yīng)對上述問題的技術(shù)方案。例如，快中子反應(yīng)堆的鈾利用率可以遠(yuǎn)高于熱中子反應(yīng)堆。但是，我們需要的不僅僅是更好的反應(yīng)堆，因?yàn)闊o論哪種反應(yīng)堆，其核殘留物都需要得到處理。

    核電不應(yīng)比其他能源更昂貴。如果部署得當(dāng)，只需要很少的土地、材料和勞動力。目前的成本主要來源于復(fù)雜的設(shè)計、高額的初始投資、長壽命廢物處理成本的不確定性、行業(yè)缺乏活力以及缺乏可復(fù)制模式。

    在國際上，技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)是新的反應(yīng)堆設(shè)計，但同時，放射性廢物處置期限已成為另一個關(guān)鍵點(diǎn)。

    我們需要核電來滿足一系列的需求：它非常適合作為其他低碳能源的補(bǔ)充，例如，在太陽能效率低下的地方建設(shè)核電。反應(yīng)堆儲存的熱量可以用來提供額外的電力，以平衡其他間歇性的電力來源。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就必須滿足技術(shù)簡單、廢物管易處理這兩個條件。

    我們建議將乏核燃料分為兩類，一類作為新的核燃料進(jìn)行回收，另一類是滿足一定標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行淺埋處理的廢物。

    廢物管理問題已經(jīng)多年沒有得到妥善處理，一旦解決，將會有更多的商業(yè)公司使用核反應(yīng)堆，相關(guān)企業(yè)會迅速崛起，開展核廢料處理業(yè)務(wù)。

    反應(yīng)堆類型

    使用快中子反應(yīng)堆和先進(jìn)的燃料循環(huán)，可能會大大降低用于終端廢物處理成本，《未來核電藍(lán)圖》中討論了該技術(shù)。同時，新一代的小型反應(yīng)堆采用模塊化設(shè)計，可以在工廠中大量建造并快速部署。

    新的設(shè)計可以將安全功能納入固有系統(tǒng)，從而簡化設(shè)計及相關(guān)的許可和監(jiān)管。其中包括快中子反應(yīng)堆的設(shè)計，其燃料的“裂變”效率要比傳統(tǒng)反應(yīng)堆高得多，因此能更好地利用燃料，并比輕水堆產(chǎn)生更少的廢物?？熘凶臃磻?yīng)堆最終將成為回收其自身燃料和其他反應(yīng)堆遺留的乏燃料的關(guān)鍵技術(shù)。

    將生產(chǎn)好的反應(yīng)堆運(yùn)輸?shù)侥康牡夭⑦M(jìn)行安裝，原則上也允許反應(yīng)堆在停用后運(yùn)回返廠。因此，用戶可以享受核反應(yīng)堆的好處，而不必操心有害物質(zhì)處理。

    變廢為寶

    說“沒有人知道如何處理核廢料”是不對的，因?yàn)榇_實(shí)有技術(shù)上可行的解決方案（主要是在穩(wěn)定的地質(zhì)中用工程屏障深埋）。然而，由于廢物在很長一段時間內(nèi)的演變以及短期和中期的發(fā)熱不確定性，目前幾乎沒有對乏燃料或高放射廢物（HLW）長期處置的實(shí)踐。世界上很大一部分乏燃料被儲存在池子里，這需要人為監(jiān)督的系統(tǒng)。其余的大部分儲存在空氣冷卻的屏蔽式儲存箱中，仍然需要在未來有新的永久性解決方案問世。

    由于其壽命長，未完全處理的廢物造成了系統(tǒng)性風(fēng)險，管理者必須對廢物承擔(dān)長期的責(zé)任，但很少有組織能延續(xù)那么長時間。在美國，這個責(zé)任據(jù)說是由聯(lián)邦政府承擔(dān)，并電力公司收取費(fèi)用。目前，政府要求工業(yè)界付款，但并沒有徹底解決這個問題。美國政府并沒有推動核電供應(yīng)商通過其他方式來解決廢物問題，而是維持了一次性的燃料循環(huán)。盡管存在缺點(diǎn)，但還是可以容忍的。

    對核材料進(jìn)行長期管理的最安全形式是根本不把它們儲存起來，而是將廢物分離處理，并通過“及時”程序回收其余的廢物來實(shí)現(xiàn)。

    為了向公眾展示可持續(xù)性，核電站應(yīng)該在停止運(yùn)行后很快拆除。造成長期危害的燃料的成分應(yīng)被回收，并轉(zhuǎn)換為新的核燃料。鈾（輕度濃縮或貧化的鈾235同位素）可以從循環(huán)中添加或移除，以達(dá)到物質(zhì)平衡的目的。

    核過程中產(chǎn)生的廢物（主要是裂變產(chǎn)物，而非錒系等次要元素）只是乏燃料的一小部分，但這部分物質(zhì)產(chǎn)生大量的熱，是問題的關(guān)鍵所在。裂變產(chǎn)物本身可以允許就地處置，這是因?yàn)樵谖锢戆踩珰なе?，核廢料將衰變到基本無害的水平。如果將能產(chǎn)生熱量的部分分離出來，這些熱量就有可能被利用。

    無論回收計劃多么有效，它都無法消除所有廢物。術(shù)語中描述為“低水平”的廢物通?？梢酝ㄟ^現(xiàn)有的淺埋設(shè)施進(jìn)行管理。出于物料平衡的目的，源自乏燃料的鈾可以很容易地被移除，并重新輸入到新的核燃料中。

    裂變產(chǎn)物的可持續(xù)利用

    如果要利用裂變產(chǎn)品廢料的材料或產(chǎn)生的熱量，那么必須確定足夠的需求。俄羅斯將鍶-90用于放射性同位素發(fā)電裝置，但能否將伽馬發(fā)射同位素用于發(fā)電裝置值得懷疑?；阡C-137的伽馬輻照器也已建立，但規(guī)模不大。這兩種應(yīng)用目前還不成熟。應(yīng)該指出的是，加工廠將有可能提供镎-237，它是SNF的一個組成部分。通過在反應(yīng)堆中的中子輻照，镎-237可以轉(zhuǎn)化為钚-238，用于長距離太空探索的放射性同位素發(fā)生器的高級放射性核素。

    最靈活的用途是對偏遠(yuǎn)地區(qū)供暖，該能源可能達(dá)到約10MW，適合幾百人的小社區(qū)。如果將裂變產(chǎn)品罐放置在一個地下水池中，并與地面進(jìn)行熱交換，由此產(chǎn)生的熱水輸出可以為這些偏遠(yuǎn)社區(qū)的家庭提供可靠和持續(xù)的區(qū)域供暖，類似于地?zé)崮茉?，但在選擇的地點(diǎn)不受限于地?zé)釛l件。

    為了安全起見，在熱交換系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，地下水池需要一個備用的熱匯，將熱水引致地面。

    這種熱源熱流輸出穩(wěn)定，通過定期向池中添加新的乏核燃料來補(bǔ)償放射性衰變。到了后期，該甚至可以轉(zhuǎn)移到地面上進(jìn)行熱交換。約一百年后，該設(shè)施將不再顯著發(fā)熱，幾百年后，放射性危險將消失。

    國際倡議

    這里提出的想法并不新奇，而是自核工業(yè)成立以來就存在的。在美國，自卡特總統(tǒng)時代以來，核燃料回收斷斷續(xù)續(xù)的發(fā)展。在其他國家（特別是俄羅斯和中國），該項(xiàng)工作正在進(jìn)一步發(fā)展。英國在這一領(lǐng)域曾經(jīng)具備了很強(qiáng)的能力，但隨著杜恩雷和塞拉菲爾德核設(shè)施的關(guān)閉，這些能力已消耗殆盡。

    法國的核廢料處理能力也很強(qiáng)，托木斯克的西伯利亞化工園區(qū)、季米特洛夫格勒的RIAR和周圍的各種俄羅斯研究所也都在積極開展工作，他們擁有相關(guān)人才和設(shè)施。法國的核研究機(jī)構(gòu)CEA在2019年9月表示，“在本世紀(jì)下半葉之前，沒有開發(fā)第四代反應(yīng)堆計劃?！狈磻?yīng)堆開發(fā)需要進(jìn)行大量的研發(fā)設(shè)計工作，以便能夠引入完整的第四代反應(yīng)堆和燃料循環(huán)設(shè)施，包括使放射性衰變期縮短的廢物管理能力。如果有一項(xiàng)倡議提供足夠的資源和贊助，上述技術(shù)可能會加快發(fā)展。

    在較短的時間內(nèi)，預(yù)計全面的第三代反應(yīng)堆（有時被稱為第三代+類型）會逐步迭代改進(jìn)，并且可能會有新型小型和中型反應(yīng)堆進(jìn)行早期部署，如Moltex、GE-Hitachi、Terrestrial Energy、ARC、Leadcold、NuScale、Holtec，等等。

    基于快中子通量的新概念設(shè)計通常是為了降低單位成本，并可能成為建立《未來核電藍(lán)圖》原則的領(lǐng)導(dǎo)者。