mox燃料(国外MOX燃料发展现状及态势扫描)

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MOX燃料应用于快堆核电站是实现核燃料闭式循环的最重要途径，是将来的主要发展方向。目前，国外多个国家已经实现了MOX燃料在快堆和压水堆核电站上的成功应用，可有效提高铀资源利用率，取得了明显的经济效益、社会效益和环境效益。2004年国际上MOX燃料实际应用比例约占全部核燃料的2%，2010年这一比例达到约5%。我国MOX燃料应用方向研究要结合核能发展战略、压水堆核电站快速发展和示范快堆电站积极推进的现状，研究MOX燃料在快堆核电站应用的技术和经济可行性。

根据西方国家核燃料循环的发展经验，凡是走核燃料闭式循环路线的国家，进行MOX燃料工业开发和应用的3个必要条件是：第一，轻水堆或其它堆核电站总装机容量已达到1000万千瓦，卸出的乏燃料累积量持续增加，钚利用可以形成一定工业规模；第二，建成400～800吨/年乏燃料后处理厂（指核电自主开发的国家），可为MOX燃料生产提供源源不断的PuO2原料；第三，建成与后处理厂规模相匹配、厂址相毗邻的MOX燃料厂，尽量缩短PuO2粉末的库存时间，最好在6个月内制成MOX燃料mox燃料，并在两年内入堆使用。

国际上MOX燃料技术研究始于20世纪50～60年代。美、比、法等国早期分别在ANL、BN和Cadarache实验室内掌握了MOX燃料制造技术。法、美率先分别于1970年、1971年在Rapsodie、SEFOR实验快堆内考验了MOX燃料组件。截止到20世纪80年代末，大多数建成的快中子堆（包括实验、原型和验证堆）都成功地使用了MOX燃料。

自1985年之后，有关国家为了消耗掉因计划发展快堆MOX燃料而贮存的大量钚，不得不转向MOX燃料在轻水堆（LWR）核电站的商业应用。1987年11月，法国第一批16个AFA型的17×17 MOX燃料组件入堆；1995年之后，每年有11批MOX燃料组件入堆。截至2004年底，全世界已累计生产各类MOX燃料约1840tHM。在欧洲商用PWR中辐照的MOX燃料单棒的平均燃耗达到了52GWd/t，在试验组件中最高达到了60GWd/t。

欧洲有40余座轻水堆获得了使用MOX燃料的许可证，其中30座反应堆装载了MOX燃料，还有20座刚取得应用许可证或许可证正在审批程序中。日本有20多座轻水堆计划使用MOX燃料。大部分反应堆的1/3堆芯装载了MOX燃料组件，有些新设计的第三代反应堆可装载50%的MOX燃料组件。日本甚至有一座反应堆被批准装载100% MOX燃料组件。MOX燃料的利用并不改变反应堆的运行特性，虽然反应堆必须为使用MOX燃料而对设计稍加改动，例如需要更多的控制棒。对于MOX燃料装载量超过50%的反应堆，需要进行重大设计改变。从各国发展计划看，预计2020年后MOX燃料将在压水堆核电站中获得广泛应用。

至今有4个国家，即法国、俄罗斯、日本和印度的快堆尚在运行之中。英、美和德国都曾发展过快堆和快堆MOX燃料，但后来有关设施先后关闭。近年来快堆MOX燃料又在俄罗斯、法国、比利时、日本、印度等国得到了快速发展，法国和日本的快堆重新启动运行，俄罗斯已决定在商业快堆中循环利用钚。美国启动了先进嬗变快堆（ABR）和相关嬗变MOX燃料的研究。全世界有20多个快中子堆装载了MOX燃料。

国外MOX燃料厂一般都经历了从小型实验室逐渐过渡到中间试验厂、扩大工厂、大规模工厂等几个不同发展阶段。截至2006年，全世界共建造了约24座MOX燃料厂，其中轻水堆MOX燃料厂和快堆MOX燃料厂各12座。不包括德国已关闭的两座MOX燃料厂，共有12座MOX燃料厂取得了生产许可证。

法国：最早将MOX燃料用于压水堆和快堆

法国是最早将MOX燃料用于压水堆和快堆的国家之一。早在1962年，法国CFCa燃料工厂就开始小规模研制快堆MOX燃料，先后建造了两条FBR-MOX燃料研制生产线。1985年率先开发快堆，但由于技术难度大，问题不断，1998年停止大规模开发。1985年法国电力公司（EDF）为了在其总装机容量为900万千瓦的PWR核电站中装载MOX燃料，将一条FBR-MOX燃料生产线改造成产量为15吨/年的PWR-MOX燃料芯块和单棒生产线，并于1990年投产。轻水堆MOX燃料组件的组装要在比利时与法国边境的FBFC国际燃料工厂或法国Marcoule的MELOX燃料工厂进行。1987年，第一批16个AFA型的17×17 MOX燃料组件入堆辐照。1988～1989年又装入5批共计80个MOX组件。1990～1993年，每年都装入80个MOX组件。1995年之后，每年MOX燃料组件供应量增加至11批。

法国还耗资10亿欧元，于1991年开始建设所谓第二代的120吨/年MELOX燃料工厂，1995年建成投产。与其它MOX燃料厂不同的是，MELOX厂采用已在CFCa、FBFC厂证明成熟可靠的工艺技术，但对富钚颗粒尺寸和其中钚含量控制要求更加严格；增加了碎屑、粉末和芯块废物的回收利用设施；自动化程度非常高，可使用老钚或高燃耗降质钚，可生产高钚含量的轻水堆MOX燃料，操作人员的个人剂量降至最低，且实际产量提高至135～150吨/年。

据报道，截至1994年，法国累计生产500多吨MOX燃料；到2004年，法国MELOX和COGEMA Cadarache 工厂已累计将26tHM钚用于制造约1230 tHM MOX燃料。2003年EDF公司申请放松对其使用MOX燃料的某些限制条件，以便通过增加LWR-MOX燃料的钚含量（由7.08%增加到8.65%）和提高燃耗水平来处置不断增加的库存钚。截至2010年，法国共有22个反应堆装载了MOX燃料。到2012年底，法国已累计有5900个MOX燃料组件在39个轻水堆核电站中使用。

法国坚持闭式核燃料循环，在后处理和MOX燃料使用实践方面积累了成熟的经验。截至2012年，将每年产生的约1200吨乏燃料全部进行后处理，分离得到的约12吨钚被用于制造MOX燃料在22座轻水堆核电站中再循环利用。从7个UO2乏燃料组件提取的钚可用于制造1个轻水堆MOX组件。法国10%的核电来自于MOX燃料；每年卸除约140～200吨MOX乏燃料存起来，以备未来第四代快堆对钚的需求。

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