放射性廢物和乏核燃料的處理和儲存無(wú)疑是俄羅斯核工業(yè)面臨的重大問(wèn)題之一。整個(gè)行業(yè)，特別是俄羅斯原子能公司，長(cháng)期以來(lái)一直在討論所謂“封閉燃料循環(huán)”。從本質(zhì)上講，這個(gè)術(shù)語(yǔ)描述了一個(gè)系統。在這個(gè)系統中，發(fā)電后產(chǎn)生的乏核燃料首先進(jìn)一步進(jìn)行鈾和钚的提取，而后被作為新的燃料重新引入系統?？捎迷氐奶崛】梢酝ㄟ^(guò)幾種不同的方式完成，如傳統的后處理法，或將某些材料引入快中子反應堆。雖然俄羅斯原子能公司使用前者作為主要技術(shù)，但后者也在研究。
例如，在VVER-1000反應堆中，新的TVS-2M燃料設計，取代了舊的UTVS燃料組件。2018年初，伊朗已經(jīng)與JSC TVEL(俄羅斯原子能公司的子公司)達成協(xié)議，從2020年起向他們的Bushehr-1核電站提供這種新型燃料。印度庫丹庫拉姆核電站的首批兩個(gè)VVER機組也準備從2021年開(kāi)始使用該類(lèi)核燃料。
傳統的后處理包括將乏核燃料溶解在酸液中，并通過(guò)化學(xué)方法將鈾和钚從其他高級放射性廢物中分離出來(lái)。從理論上講，這一過(guò)程中產(chǎn)生的鈾和钚可用于生產(chǎn)新的核燃料。作為后處理過(guò)程的副產(chǎn)品，高濃度放射性廢物在歷史上導致了一系列問(wèn)題。盛放酸液的化學(xué)槽被污染，反而使放射性廢物的總量增加。
在俄羅斯，民用核電站乏核燃料的后處理是在烏拉爾南部的馬亞克化工聯(lián)合企業(yè)的RT-1設施進(jìn)行的。該廠(chǎng)位于車(chē)里雅賓斯克，附近居住著(zhù)約100萬(wàn)人。馬雅克化工聯(lián)合企業(yè)最初是為蘇聯(lián)核武器生產(chǎn)钚而建造的。馬雅克于1948年開(kāi)始生產(chǎn)武器級钚，助力蘇聯(lián)第一顆核彈的生產(chǎn)，并在1949年進(jìn)行了試驗。
馬雅克也是1957年鮮為人知的“Kyshtym”核事故的發(fā)生地。當時(shí)，儲存數萬(wàn)噸融解乏核燃料罐子的冷卻系統發(fā)生了爆炸，伴隨產(chǎn)生的放射性云層污染了烏拉爾東部的廣大地區。Kyshtym核事故的規模僅次于切爾諾貝利和福島，在國際地震協(xié)會(huì )的七級評分中被評為6級。自那次事故以來(lái)，還發(fā)生了幾起不太嚴重的事故。
馬雅克的RT-1后處理設施于1977年開(kāi)始運行，是目前唯一的民用核燃料后處理設施。該設施只能處理來(lái)自VVER-440反應堆和比里比諾核電站反應堆的乏核燃料，其年處理量為400噸。由于俄羅斯唯一的后處理設施仍然無(wú)法處理來(lái)自RBMK型反應堆的乏核燃料，并且在2016年才開(kāi)始處理VVER-1000型反應堆的廢物，因此俄羅斯核電站的大部分(80%至90%)乏核燃料被臨時(shí)儲存在核電站周邊。這些乏核燃料有的儲存在乏燃料池中，有的儲存在中央儲存設施中，有的儲存在西伯利亞中部熱列茲諾戈爾斯克礦廠(chǎng)和化工聯(lián)合企業(yè)的VVER-1000燃料中央儲存設施里。
從VVER-440中產(chǎn)生的乏燃料經(jīng)再加工用于RBMK反應堆，但來(lái)自RBMK的核燃料無(wú)法后處理。這是因為直到最近，對RBMK乏核燃料的后處理一直被認為是不經(jīng)濟的，因為其質(zhì)量和濃縮度都很低。然而，在過(guò)去的幾年里，俄羅斯已經(jīng)取得了技術(shù)上的進(jìn)步，使其有利可圖。目前正在測試的新方法如果成功，將在熱列茲諾戈爾斯克投入使用，那里存放著(zhù)來(lái)自RMBK反應堆的乏核燃料。
在20世紀70年代，人們認為后處理的钚將被用于快速增殖反應堆，這一技術(shù)在當時(shí)看似遙遙無(wú)期。一些國家擁有大量的钚，他們希望隨著(zhù)核技術(shù)的發(fā)展，重新將這些钚加以利用。在一些地方，經(jīng)過(guò)特別改造的壓水式反應堆可以使用钚燃料運行。例如位于貝洛亞爾斯克的BN-600反應堆，該反應堆最初是作為使用钚燃料的快速增殖反應堆。
除了本國乏核燃料，俄羅斯還在幫助其他國家處理的乏核燃料。原因是多方面的：其一，俄羅斯可以通過(guò)處理乏核燃料盈利。只有處理過(guò)的乏核燃料，才能滿(mǎn)足在來(lái)源國存儲的條件。特別是對于那些境內擁有蘇聯(lián)時(shí)代的核反應堆的國家來(lái)說(shuō)，俄羅斯原子能公司是一個(gè)很好的合作伙伴，也是市場(chǎng)上唯一能夠隨時(shí)處理來(lái)自老式蘇聯(lián)反應堆乏核燃料的公司。
其二，從老式蘇聯(lián)反應堆乏核燃料中可以提取燃料。例如，烏克蘭與俄羅斯簽訂了一份合同，允許烏克蘭將其乏核燃料交付給俄羅斯原子能公司進(jìn)行后處理。烏克蘭有五個(gè)蘇聯(lián)設計的核電站，其中四個(gè)仍在運行，總共有15個(gè)運行中的反應堆。每年，烏克蘭在后處理協(xié)議方面的費用約為2億美元。只要該協(xié)議還在履行，烏克蘭就不必為儲存自己生產(chǎn)的乏核燃料而操心。但合同還約定，在規定的時(shí)間內，俄羅斯將把后處理產(chǎn)生的玻璃化放射性廢物運回烏克蘭，既定時(shí)間最初是2018年。歸根結底，烏克蘭應該準備好處理和儲存這些材料，包括玻璃化的高濃度放射性廢物，但根據2018年Bellona的一份報告，烏克蘭還遠未準備好。最近的消息表明，烏克蘭核機構Energoatom將建設一個(gè)新的綜合體來(lái)儲存國內的乏核燃料。但直到2021年初，該設施的建設尚未開(kāi)始。
除了烏克蘭，還有一些國家亟需乏核燃料后處理。由于目前世界上只有俄羅斯、法國和英國三個(gè)國家擁有商業(yè)反應堆乏核燃料的后處理設施，世界上大部分國家可能在不久的將來(lái)都會(huì )面臨這一問(wèn)題。俄羅斯原子能公司表示，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出所謂的封閉式燃料循環(huán)，正在運行中，盡管它也承認，目前的模式遠非最佳。
幾年前，俄羅斯原子能公司估計，目前從核后處理中回收的鈾和钚的系統，最多只能回收大約21%的乏輕水反應堆燃料。剩下的79%的鈾-238必須被妥善儲存。他們也正在開(kāi)發(fā)新的核燃料循環(huán)，力圖有效利用輕水反應堆乏核燃料總能量的77%。然而，目前還不清楚具體進(jìn)展如何。在后處理過(guò)程中，乏核燃料的放射性水平確實(shí)降低了，但廢物的總量卻增加了。俄羅斯原子能公司實(shí)現封閉式燃料循環(huán)的項目被稱(chēng)為“Proryv”，意為“突破”。根據公司總干事利哈喬夫的說(shuō)法，這項技術(shù)需要像BN-800或BN-1200這樣的快中子反應堆。利哈喬夫在2017年9月底表示，俄羅斯在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，而MBIR(多用途鈉冷快中子反應堆)正在開(kāi)發(fā)中。
正在德米特羅夫格勒建設的MBIR將是朝著(zhù)“Proryv”項目邁出的一步。俄羅斯原子能公司將為MBIR建造一個(gè)核燃料生產(chǎn)設施，即位于西伯利亞化工廠(chǎng)的布列斯特OD-300反應堆。該項目包括一個(gè)燃料生產(chǎn)/再加工模塊，用于生產(chǎn)高密度鈾钚;一個(gè)帶有BREST反應堆的核電站;以及一個(gè)舊燃料回收模塊。BREST-OD-300的核電站將成為實(shí)驗性能源綜合體的一部分。試驗性能源綜合體的一部分，即ODEK，正在建設。整個(gè)項目預計于2026年竣工。
在2017年于倫敦舉行的世界核協(xié)會(huì )研討會(huì )上，柳德米拉-扎利姆斯卡婭介紹了俄羅斯原子能公司目前正在開(kāi)發(fā)的封閉式核燃料循環(huán)的三種方案，其中提及的Tenex公司是俄羅斯原子能公司的核燃料循環(huán)產(chǎn)品供應商。
第一種方案是在現有的核電站中回收鈾和钚。鈾用于RBMK反應堆，钚用于BN-800快速反應堆。第二種方案是所謂的REMIX核燃料循環(huán)。REMIX燃料直接由來(lái)自舊燃料后處理的未分離的回收鈾和钚混合而成，可以用于輕水反應堆。使用過(guò)的REMIX燃料可以反復進(jìn)行再加工和循環(huán)利用。第三種情況是一個(gè)由兩部分組成的核電系統，包括輕水反應堆和快速堆。在這種情況下，來(lái)自輕水反應堆的舊燃料經(jīng)過(guò)后處理，鈾在同一反應堆中循環(huán)使用，钚則在快速堆中循環(huán)使用。扎利姆斯卡婭補充說(shuō)，俄羅斯準備向沒(méi)有此類(lèi)技術(shù)的國家提供從燃料供應到廢燃料再處理的“全套服務(wù)”。她補充說(shuō)，乏核燃料的數量將繼續增加，到2050年全世界將達到約100萬(wàn)噸。她說(shuō)，從這些廢舊燃料中提取的鈾和钚將足以為至少140個(gè)1GW輕水反應堆提供60年的燃料。“考慮如何將今天的負擔變成寶貴的資源是有意義的”。
簡(jiǎn)而言之，俄羅斯原子能公司在全球范圍內展開(kāi)核電站的競標，可能進(jìn)一步為其建造的反應堆爭取燃料再處理合同。他們直言不諱，后處理是實(shí)現核物質(zhì)的與自然界的交換，最終還會(huì )向自然界歸還他們從中獲取的放射性物質(zhì)。
