反應(yīng)堆開(kāi)發(fā)：

        七十年代，日本普賢（Fugen）先進(jìn)熱中子原型堆（ATR）建成。這種堆以重水為慢化劑，采用加壓輕水冷卻，設(shè)計(jì)可以使用鈾燃料和钚燃料，但主要是驗(yàn)證钚的利用。這是世界上第一個(gè)采用全MOX燃料堆芯的熱中子堆。普賢堆電功率為14.8萬(wàn)千瓦，由JNC負(fù)責(zé)運(yùn)行，2003年3月關(guān)停。日本規(guī)劃在Ohma建造60萬(wàn)千瓦的ATR示范堆，但于1995年決定中止。

        1970年以來(lái)，日本共有28座沸水堆（包括先進(jìn)型沸水堆）和23座壓水堆投入運(yùn)行。 

        日本首批ABWR機(jī)組（131.5萬(wàn)千瓦）是東京電力公司（Tepco）的柏崎·刈羽核電站（Kashiwazaki-Kariwa）6號(hào)、7號(hào)機(jī)組，分別于1996年11月、1997年7月投入商業(yè)化運(yùn)行。兩臺(tái)機(jī)組由美國(guó)通用電氣、日本東芝公司和日立公司組成的聯(lián)合體建造。還有3臺(tái)ABWR機(jī)組，濱岡（Hamaoka）5號(hào)、志賀（Shika）2號(hào)、島根（Shimane）3號(hào)，目前正處于調(diào)試或在建狀態(tài)。日立公司還正在開(kāi)發(fā)60萬(wàn)、90萬(wàn)和170萬(wàn)千瓦等級(jí)的ABWR機(jī)組。ABWR二代的電功率為171.7萬(wàn)千瓦。

       150萬(wàn)千瓦級(jí)的先進(jìn)型壓水堆（APWR）設(shè)計(jì)已經(jīng)由4家電力公司聯(lián)合三菱、西屋（早期參與）開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前，這一設(shè)計(jì)正在日本申請(qǐng)?jiān)S可證，計(jì)劃首批機(jī)組（153.8萬(wàn)千瓦）于2009年開(kāi)始在敦賀（Tsuruga）核電廠址上建造（3號(hào)、4號(hào)機(jī)組）。2004年3月，福井縣地方政府已經(jīng)批準(zhǔn)建造這個(gè)項(xiàng)目。APWR比目前的PWR更加簡(jiǎn)單，具有能動(dòng)和非能動(dòng)冷卻系統(tǒng)，效率更高，燃耗超過(guò)55千兆瓦·日/噸。設(shè)計(jì)工作正在進(jìn)行，將成為日本下一代壓水堆的基礎(chǔ)?！癆PWR+”的電功率為175萬(wàn)千瓦，能夠使用全MOX堆芯。

        三菱重工現(xiàn)在正在美國(guó)和歐洲市場(chǎng)推銷(xiāo)170萬(wàn)千瓦級(jí)的APWR，并于2008年1月向美國(guó)核管制委員會(huì)提交了設(shè)計(jì)許可證申請(qǐng)。美國(guó)版本的APWR已經(jīng)有TXU集團(tuán)（現(xiàn)名“Luminant”）選擇在德克薩斯州科曼奇峰（Comanche Peak）核電站擴(kuò)建。三菱重工還參與了西屋公司AP1000反應(yīng)堆的開(kāi)發(fā)工作，但現(xiàn)在西屋公司已被東芝公司收購(gòu)，三菱重工將獨(dú)立開(kāi)發(fā)壓水堆技術(shù)。

        2005年中期，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省自然資源與能源廳（ANRE）核能政策規(guī)劃部門(mén)提出要進(jìn)行一項(xiàng)2年期的下一代輕水堆開(kāi)發(fā)的可行性研究。新的設(shè)計(jì)，基于ABWR和APWR，將使建造工期和發(fā)電成本下降20%，并且使乏燃料的數(shù)量減少20%，同時(shí)安全性得到提高，3年可以建成，壽期更長(zhǎng)。2007年9月，日本政府、核工業(yè)和電力公司宣布，將共同開(kāi)發(fā)新型輕水堆設(shè)計(jì)，計(jì)劃2020年左右部署。新型設(shè)計(jì)將使用富集度最低在5%以上的燃料，運(yùn)行壽期達(dá)到80年。這個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)將投資5.2億日元，8年時(shí)間，開(kāi)發(fā)出一種BWR和一種PWR設(shè)計(jì)，每種堆型的電功率都在170萬(wàn)~180萬(wàn)千瓦。

        關(guān)于快中子增殖堆（FBR），常陽(yáng)（Joyo）試驗(yàn)快堆自1977年首次達(dá)臨界以來(lái)，一直運(yùn)行良好，已經(jīng)積累了很多技術(shù)數(shù)據(jù)。文殊（Monju）原型快堆于1994年4月首次啟動(dòng)，但1995年12月在性能試驗(yàn)中二次熱交換系統(tǒng)出現(xiàn)鈉泄漏而中止，運(yùn)行期間電功率達(dá)到24.6萬(wàn)千瓦。其監(jiān)管權(quán)已轉(zhuǎn)交給JNC（現(xiàn)為JAEA），日本科技大臣表示，2008年的主要目標(biāo)是重新啟動(dòng)這座堆。日本最高法院于2005年5月做出的裁定，為2008年內(nèi)（可能是10月）重新啟動(dòng)文殊堆掃清了障礙。此外，JAEA還接手了位于茨城縣東海村附近大洗町（Oarai）的快堆和相關(guān)的研發(fā)工作。

       1998年末，一座熱功率30MWt的小型氣冷原型堆——高溫工程實(shí)驗(yàn)堆（HTTR）實(shí)現(xiàn)首次啟動(dòng)。這是日本首座石墨慢化、氦氣冷卻的反應(yīng)堆。啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行溫度為850℃，2004年達(dá)到950℃，使其可以應(yīng)用諸如熱化制氫等化學(xué)工藝。這座反應(yīng)堆的燃料是裝入六角型石墨棱柱內(nèi)的陶瓷包覆顆粒，具有很高的固有安全性水平。這一設(shè)計(jì)是為了給第二代高溫氦冷核電機(jī)組在工業(yè)或驅(qū)動(dòng)直接循環(huán)氣輪機(jī)方面的商業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)。根據(jù)計(jì)劃，2015年，HTTR將于一座1000立方米/小時(shí)的碘硫制氫工廠連接，以驗(yàn)證其在一體化生產(chǎn)體系中的性能。

        備注：大間核電站開(kāi)工日期推遲到2007年10月，等待監(jiān)管部門(mén)對(duì)地震安全性報(bào)告的審查完成；敦賀3號(hào)、4號(hào)，和東京電力的東通1號(hào)，正在由監(jiān)管部門(mén)進(jìn)行最終的安全性評(píng)估。

        日本電源開(kāi)發(fā)集團(tuán)，現(xiàn)在名稱為J-Power，已經(jīng)提出在青森縣建造大間核電站的許可申請(qǐng)，這是1臺(tái)138.3萬(wàn)千瓦的ABWR機(jī)組。計(jì)劃2007年8月開(kāi)工建設(shè)，2012年進(jìn)入調(diào)試階段，但由于地震標(biāo)準(zhǔn)的提高而可能推遲。除了普賢（Fugen）先進(jìn)熱中子實(shí)驗(yàn)堆之外，大間將是日本首座專(zhuān)門(mén)使用MOX燃料的商用堆。

        經(jīng)過(guò)因選址問(wèn)題造成的延誤之后，敦賀核電站3、4號(hào)機(jī)組已經(jīng)得到了福井縣地方政府的批準(zhǔn)，業(yè)主日本原子能發(fā)電公司也已向政府提交了建造許可申請(qǐng)。許可審批程序可能需要2年時(shí)間，建設(shè)費(fèi)用估計(jì)為7700億日元（74億美元），計(jì)劃于2010年開(kāi)工，2016年和2017年投入商業(yè)化運(yùn)行。

        制造核電站主要大鍛件的廠家，從2007年開(kāi)始，投入400億日元（3.3億美元），增加產(chǎn)能，以便應(yīng)對(duì)中國(guó)和美國(guó)的定單。日本制剛所（JSW）的制造和研發(fā)基地分別位于廣島（Hiroshima）、橫濱（Yokohama）、室蘭（Muroran）。在北海道的室蘭中心，擁有重型鋼廠和與發(fā)電有關(guān)的實(shí)驗(yàn)室。室蘭中心制造核電站中使用的反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器部件、發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大軸、合金鋼板和汽輪機(jī)外殼。自1974年開(kāi)始，JSW一直根據(jù)美國(guó)核管制委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，為核電站制造鍛件，目前已向全世界提供了130套反應(yīng)堆壓力容器，占總量的1/3還多。

        鈾供應(yīng)：

        日本本國(guó)不產(chǎn)鈾。2007年，日本的鈾需求為8872噸鈾，分別來(lái)自澳大利亞（約1/3）、加拿大、哈薩克斯坦及其他國(guó)家。
       
        2006年，伊藤忠商社（Itochu）簽定協(xié)議，今后10年將從哈薩克斯坦購(gòu)買(mǎi)3000噸鈾，作為合作，日本將為哈薩克斯坦Central Mynkuduk鈾礦（儲(chǔ)量52000噸鈾，見(jiàn)“哈薩克斯坦鈾資源與核工業(yè)簡(jiǎn)介”）提供融資支持。2007年，日本丸紅株式會(huì)社（Marubeni）和東京電力公司聯(lián)合日本其他企業(yè)，收購(gòu)了哈薩克斯坦Kharasan鈾礦（儲(chǔ)量55000噸鈾）40%的股權(quán)（見(jiàn)“東芝公司買(mǎi)入哈薩克鈾項(xiàng)目部分股權(quán)”），該礦每年將向日本提供2000噸鈾。

        燃料循環(huán)設(shè)施：

        日本一直在積極發(fā)展本國(guó)完整的核燃料循環(huán)工業(yè)。

        JAEA在岡山縣人形嶺（Ningyo Toge）運(yùn)營(yíng)一座小型的鈾精煉與轉(zhuǎn)換工廠，和一座離心工藝濃縮示范工廠。

        日本大部分濃縮服務(wù)依靠進(jìn)口，日本原燃（JNFL）在六所村（Rokkasho）運(yùn)營(yíng)一座商業(yè)化濃縮工廠。1992年投入運(yùn)行，使用自主技術(shù)，有7個(gè)級(jí)聯(lián)，每個(gè)級(jí)聯(lián)的年加工能力為15萬(wàn)分離功（SWU），但只有2個(gè)在運(yùn)行。根據(jù)計(jì)劃，這座工廠的最終能力將達(dá)到150萬(wàn)SWU/年。目前正在測(cè)試一個(gè)采用新型“Shingata”設(shè)計(jì)的鉛級(jí)聯(lián)，計(jì)劃將用鉛級(jí)聯(lián)對(duì)工廠重新裝備。JNFL的股東是日本9家電力公司。

        日本擁有6400噸通過(guò)乏燃料后處理得到的鈾，目前貯存在法國(guó)和英國(guó)的后處理工廠。2007年，日本與俄羅斯的Atomenergoprom簽署協(xié)議，后者將為日本的電力公司持有的這些鈾提供濃縮服務(wù)。

        在東京以北茨城縣東海村（Tokai），三菱重工的核燃料公司運(yùn)營(yíng)一座大型的燃料制造工廠，1972年投運(yùn)；其他位于東海村和熊取町（Kumatori）的燃料制造廠由日本原子燃料事業(yè)會(huì)社（NFI）運(yùn)營(yíng)；JAEA在東海村還有一些專(zhuān)為普賢先進(jìn)熱中子堆和快中子增殖堆計(jì)劃制造混合氧化物燃料的試驗(yàn)工廠，每個(gè)工廠的制造能力約10噸/年。

        在東海村，JNC（現(xiàn)名JAEA）還運(yùn)營(yíng)一座能力為90噸/年、采用普雷克斯（Purex）技術(shù)的示范后處理工廠，自1977年以來(lái)已經(jīng)處理了1116噸乏燃料，最后一批處理是在2006年初。現(xiàn)在該工廠的重點(diǎn)放在研發(fā)上，包括MOX燃料的后處理。JAEA在東海村還有一些乏燃料貯存設(shè)施，并正計(jì)劃新建一座。1995年，JAEA還在東海村投運(yùn)了一座高放廢物固化示范工廠。東海村已經(jīng)成為JAEA在高放廢物處理和處置研發(fā)方面的重要基地。

        1984年，日本電氣事業(yè)聯(lián)合會(huì)（FEPC）向六所村和青森縣申請(qǐng)?jiān)S可建造一座大型的綜合設(shè)施，包括鈾濃縮工廠、低放廢物貯存中心、高放廢物貯存中心和后處理工廠。目前，JNFL負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)那里的低放廢物貯存中心和高放廢物貯存中心，能力為800噸/年的后處理工廠正在建設(shè)，目前已進(jìn)入調(diào)試階段。

        2007年11月，六所村固化工廠開(kāi)始積極的試驗(yàn)工作，將高放廢物與硼硅酸鹽玻璃固化在一起。固化廠從附近的后處理廠接收廢物。這些廢物是乏燃料經(jīng)過(guò)后處理，回收了其中的鈾和钚之后的剩余高放廢物，體積為后處理前的3%。

        后處理和MOX燃料：

        出于保障能源安全考慮，盡管鈾的價(jià)格多年保持低水平，日本1956年以來(lái)執(zhí)行的政策一直是最大限度地利用進(jìn)口的鈾，通過(guò)以MOX燃料形式對(duì)乏燃料中的鈾和钚進(jìn)行再循環(huán)，可以使從核燃料中獲得的能量提高25~30%。

        前面提到的1977年~2006年在東海村運(yùn)行的示范后處理工廠，處理了1000多噸乏燃料，并有钚-鈾混合產(chǎn)物。

        JNFL在六所村的800噸/年的后處理工廠，經(jīng)過(guò)22個(gè)月的試驗(yàn)期和13年的建設(shè)期，計(jì)劃于2008年5月投入運(yùn)行。該工廠的工藝基礎(chǔ)是法國(guó)阿?，m（Areva）阿格（La Hague）后處理工廠的技術(shù)，2007年末，日本方面與Areva將雙方20年期限的合作協(xié)議進(jìn)行展期，并特別關(guān)聯(lián)到“全球核能伙伴計(jì)劃”（GNEP）的目標(biāo)?，F(xiàn)在使用的調(diào)整后的Purex工藝，在钚產(chǎn)物中留有鈾（50：50比例的混合物），這樣就保證在任何情況下都不會(huì)有獨(dú)立分離出來(lái)的钚，從而緩解了對(duì)钚可能的誤用的擔(dān)憂。

        2007財(cái)政年度（截至2008年3月底），日本共有210噸乏燃料得到后處理。2008年財(cái)政年度，預(yù)計(jì)這一數(shù)字為395噸，從中可以回收1.9噸的裂變钚（反應(yīng)堆級(jí)）。

        背景說(shuō)明：

        2004年10月，日本原子力委員會(huì)的咨詢組以大比例（30票對(duì)2票）通過(guò)決定，繼續(xù)進(jìn)行JNFL的800噸/年的六所村后處理工廠的最終調(diào)試和商業(yè)化運(yùn)行，投資約2.4萬(wàn)億（200億美元）日元。原子力委員會(huì)否決了將乏燃料送往美國(guó)進(jìn)行直接處置的替代方案。此舉為看成是今后幾十年中，政府與企業(yè)共同制訂核政策行動(dòng)的重要里程碑。2006年3月，工廠在13年建設(shè)之后，進(jìn)入了22個(gè)月的最終調(diào)試階段。約430噸乏燃料將被送到這座工廠，對(duì)工廠運(yùn)行進(jìn)行全面測(cè)試。調(diào)試過(guò)程將產(chǎn)生約2.3噸的反應(yīng)堆級(jí)钚（1.6噸裂變钚）。

        2004年政府研究報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)今后60年內(nèi)進(jìn)行后處理的費(fèi)用（1.6日元/千瓦時(shí)）要比直接進(jìn)行最終處置（0.9~1.1日元/千瓦時(shí)）高出很多；換算為總體發(fā)電成本為5.2日元/千瓦時(shí)，如果不考慮新工廠已經(jīng)投入的資金的影響，或是2004年以來(lái)鈾價(jià)格的顯著上升，總體發(fā)電成本為4.5~4.7日元/千瓦時(shí)。

        到目前為止，乏燃料的后處理大部分在歐洲由英國(guó)核燃料公司（BNFL）和法國(guó)阿?，m（Areva）進(jìn)行（分別為4200噸/年和2900噸/年），經(jīng)過(guò)玻璃固化的高放廢物被運(yùn)回日本進(jìn)行最終處置。委托Areva進(jìn)行的后處理業(yè)務(wù)于2005年結(jié)束，JNFL六所村后處理廠計(jì)劃于2008年初投入全規(guī)模運(yùn)行。日本1999年就開(kāi)始有乏燃料等待送到這座工廠進(jìn)行后處理（1998年結(jié)束向歐洲運(yùn)輸乏燃料）。

        新的六所村工廠將用40年左右的時(shí)間，處理截至2005年底已經(jīng)貯存在此的14000噸乏燃料，和2006年以來(lái)接收的18000噸乏燃料。每年將產(chǎn)生4噸左右的裂變钚。
       
        日本電氣事業(yè)聯(lián)合會(huì)表示，根據(jù)“钚”計(jì)劃，日本的9家電力公司將從2010年開(kāi)始，把后處理得到的钚用于制造16~18座反應(yīng)堆使用的MOX燃料。預(yù)計(jì)每年將有6噸裂變钚裝入動(dòng)力堆中使用。同時(shí)，日本送往歐洲的乏燃料后處理分離出的40噸反應(yīng)堆級(jí)钚（25.6噸裂變钚）將在歐洲制成MOX燃料。不過(guò)，當(dāng)?shù)貙?duì)于使用MOX燃料的擔(dān)憂一度延緩了1994年“钚”計(jì)劃的實(shí)施。

        至今為止，日本已經(jīng)收到了3批來(lái)自歐洲的反應(yīng)堆級(jí)钚，約2噸多重。第一批是在1992年，是單一的钚氧化物，標(biāo)明用于文殊快中子增殖原型堆。不過(guò)，文殊堆雖已準(zhǔn)備裝載這些燃料，但因1996年發(fā)生的一次鈉泄漏而保持關(guān)閉至今。第二批是用于輕水堆的MOX燃料，1999年交付。這批燃料中，部分是由BNFL提供的，用于關(guān)西電力公司的高濱核電站，但被發(fā)現(xiàn)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)有造假的丑聞。2002年，這批燃料被退回英國(guó)。第三批是BNFL制造的MOX燃料，用于東京電力公司的柏崎·刈羽核電站3號(hào)反應(yīng)堆。

        福島縣和新滹縣地方政府采取行動(dòng)推遲MOX燃料在本地反應(yīng)堆內(nèi)的利用，使得東京電力和關(guān)西電力被迫暫停并重新編制利用計(jì)劃。2008年，靜岡縣接受了中部電力公司在濱岡核電站4號(hào)反應(yīng)堆使用MOX燃料的方案；福井縣接受了關(guān)西電力公司從2010年開(kāi)始在高濱核電站3號(hào)、4號(hào)反應(yīng)堆使用MOX燃料的方案。

        同時(shí)，日本的钚庫(kù)存有所下降，2004年底有41噸分離的反應(yīng)堆級(jí)钚（約35%為裂變）庫(kù)存，等待用于制造MOX燃料。2007年底，日本電力公司共有26.4噸裂變钚：13.9噸在法國(guó)，11.3噸在英國(guó)，1.2噸在日本國(guó)內(nèi)。2012年開(kāi)始，每年將有5.5噸~6.5噸的裂變钚得到利用。

        2005年4月，青森縣地方政府批準(zhǔn)在六所村后處理工廠附近建造一座MOX燃料工廠。青森縣知事、六所村市長(zhǎng)和JNFL社長(zhǎng)簽署了一份協(xié)議。青森縣知事敦促日本電氣事業(yè)聯(lián)合會(huì)“加強(qiáng)努力，推進(jìn)MOX利用計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)”。這一批準(zhǔn)行為被看成是日本向完整的燃料循環(huán)邁出的重要一步，得到了日本政府、原子力委員會(huì)和電力公司的大力支持。JNFL已經(jīng)提出許可申請(qǐng)，建造并運(yùn)營(yíng)一座130噸/年的J-MOX（日本MOX）制造工廠。這座工廠投資12億美元，2007年底前開(kāi)工，2012年投入運(yùn)行。

        2005年9月，日本原子力安全·保安院（NISA）代表經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省，批準(zhǔn)了MOX在幾座反應(yīng)堆中使用，包括高濱核電站3號(hào)、4號(hào)，福島第一核電站3號(hào)，柏崎·刈羽核電站3號(hào)和玄海核電站3號(hào)。經(jīng)過(guò)對(duì)反應(yīng)堆做部分改造后，2012年左右將可使用MOX。此外，島根核電站2號(hào)和濱岡核電站4號(hào)的MOX使用申請(qǐng)正在審查過(guò)程中。

        2006年11月，四國(guó)電力公司與三菱簽署協(xié)議，利用600公斤反應(yīng)堆級(jí)钚，為伊方核電站制造21組MOX燃料組件。這些钚是Areva在法國(guó)阿格后處理工廠對(duì)四國(guó)電力公司的乏燃料進(jìn)行后處理得到的，MOX將在法國(guó)的Melox工廠制造。（待續(xù)）

        新聞來(lái)源：UIC、AEC

        編譯：辦公廳  劉軍韜