《中国核能行业智库丛书（第五卷）》已于2022年8月完成出版发行，这是一本发产业先声的智慧文萃，是行业专家们从不同角度、不同深度对产业前途命运进行思考的思想文库。自2023年3月起，协会微信公众号将精选大部分文章与广大读者共享。

今天推出的是《中国核能行业智库丛书（第五卷）》“优秀文章”板块文章《中国自主化商业闭式核燃料循环发展模式与路径的研究与探索》。

肖  岷 

博士，在核工业领域工作超过 30 年。1991 年起致力于大亚湾核电站、岭澳核电站反应堆燃料管理、堆芯设计、安全分析与换料安全评价等核电站的核心技术工作；牵头实施了一系列重大反应堆堆芯设计及燃料管理的重大改进。

《中国自主化商业闭式核燃料循环发展模式与路径的研究与探索》

前言

截至 2021 年年底，中国有 53 台核电机组在运行，占总电力装机容量约5%。中国在建核电机组 16 台，未来将有更多核电机组开工建设。中国累计乏核燃料已超过 8 500 吨。据估计，到 2030 年，中国累计乏核燃料将达到约 23 500 吨。我国已建成一座钠冷试验快堆 CEFR，另一座钠冷示范快堆 CDF-600 正在建造。

中国采取闭式核燃料循环政策。自 2018 年以来，一个小型 MOX 燃料制造试验设施一直在开发试验，主要用于快堆。2006 年开始建设后处理中试厂，2010 年完成热调试，后处理能力约 50 吨 / 年。2015 年 3 月我国开始建设一座年处理能力为 200 吨乏燃料的乏燃料后处理厂。一个基于国际合作的大型（800 吨 / 年）商业后处理厂项目有关筹备工作在 21 世纪初启动。

然而，大型商业化后处理项目面临巨大挑战，进退两难。原因在于一些重要的顶层设计问题和发展模式问题没有解决。例如，如何启动和实施商业化闭式核燃料循环？800 吨商业化后处理大厂回收的 Pu 和 U 等如何使用？与后处理大厂配套的 MOX 燃料的使用对象是什么（快堆还是压水堆）？这些问题没有明确答案和解决方案必然造成商业后处理大厂项目及其燃料循环难以推进。

中国商业化闭式核燃料循环和 800 吨后处理大厂实施的关键顶层设计必须回答问题是：是直接在快堆上实施闭式核燃料循环？还是从成熟的商用压水堆开始启动闭式核燃料循环？

既然中国实行闭式核燃料循环政策，且已拥有相当规模和成熟的大型压水堆核电厂，国际上也有成熟的商业压水堆闭式燃料循环经验，因此，中国商业化闭式核燃料循环如何启动需充分借鉴国际经验并结合中国商用压水堆实际情况来综合考虑。

法国已在其商用压水堆机组中实施大规模 MOX 闭式核燃料循环超过 40 年。法国已经建立了完整的闭式核燃料循环工业化体系，为未来的快堆核燃料循环奠定了坚实的基础。俄罗斯近年来调整了过去只开发快堆核燃料循环战略，采取了快堆与压水堆（VVER）核燃料循环双管齐下的做法：俄罗斯在保持快堆燃料循环 发展的同时，启动了使用 REMIX 燃料的 VVER（压水堆）闭式核燃料循环，两条线平行推进。

由于 MOX 燃料的特性与 UOX 燃料有明显的差异，使用 MOX 燃料的反应堆对反应堆设计、反应性控制和安全裕度有特殊的要求。

法国使用 MOX 燃料的核电机组是特定的 24 台 900 兆瓦压水堆机组（CPY），全部采用年度换料，安全系统保留特殊设计（如安注系统较高的硼浓度，反应性控制采用较多的 RCCA 棒束等），对燃料富集度和燃耗也有一定限制。

与法国、俄罗斯等国家实施闭式核燃料循环的情况不同，中国压水堆的运行状况和运行模式差异很大。中国不同的压水堆经历了很多设计改进和改造，包括反应堆的功率升级，长周期（15 ～ 19 个月）换料，并且使用含钆可燃毒物燃料等多种燃料。平均燃耗提高到了约 43 GWd/tU，最高燃耗约为 50 GWd/tU。迄今

为止，中国所有商业压水堆均使用二氧化铀燃料，燃料富集度已提升至 4.45% ～ 4.95%。由于这些核电机组（主要是安全裕度相对较小的二代改进型压水堆机组）采用了更高的燃料浓缩度、更长的换料周期、更高的燃耗和更低（中子）泄漏堆芯燃料装载模式（功率峰因子更大），这些多样化的设计改进和改造已经消耗了一定的安全裕度（包括 DNBR 裕度），使得中国潜在的闭式核燃料循环的启动与过渡更加复杂（主要指二代改进型压水堆机组，三代压水堆则基本不受限制）。

1中国商业闭式核燃料循环的启动从压水堆开始还是从快堆开始？

几十年来，关于未来核燃料循环的讨论一直以基于快堆钚的封闭核燃料循环的预期最终部署为主。到目前为止，快堆的成熟度总体上仍然较低。人们对核燃料循环的不断研究表明，存在多种核燃料循环方案，这些方案面临着巨大的不确定性，包括技术、经济等因素。预计至少到 21 世纪下半叶，快堆技术及其核燃料循环才可能逐渐成熟并以一定规模部署。

燃料循环技术的发展和工业体系的建立非常复杂，包括乏燃料后处理、MOX 燃料制造和高放废物处置设施。相关技术的积累和设施的建立需要很长时间。

迄今，比利时、法国、德国、印度、瑞士、瑞典等国的大量商业运行的压水堆和沸水堆获得了 MOX 燃料组件的许可。此外，日本已有 10 多个反应堆获得使用 MOX 燃料许可。美国在 21 世纪初已经将 MOX 燃料作为先导组件（LTA）引入压水堆。半个多世纪以来，大量 MOX 燃料用于轻水反应堆的经验已经证明了闭式核燃料循环的商业化应用已经成熟。全球有超过 7 500 组 MOX 燃料组件已经用于轻水堆。

法国是压水堆闭式核燃料循环商业化最成功的国家。作为第一步，法国在压水堆中实施 MOX 核燃料循环，以建立核燃料循环工业化基础，既能够节省铀资源， 又能将高防核废物总量减少四倍。法国 24 PWR 机组已长期使用 MOX 燃料进行日常发电。

法国压水堆商业化闭式核燃料循环的成功实施，为核燃料循环产业奠定了坚实的基础，这对于未来建立以快堆等先进反应堆为主的先进核燃料循环的意义不言而喻。

俄罗斯在过去相当长一段时间内主要关注快堆的闭式燃料循环和 MOX 应用。然而，最近俄罗斯调整了燃料循环战略，采取了双管齐下的做法：俄罗斯在保持快堆燃料循环发展的同时，启动了使用 REMIX 燃料的 VVER（压水堆）闭式核燃料循环，两条线平行推进。这种双管齐下的方法将更有效且风险更低，因为从商业应用角度来看，VVER（PWR）远比快堆更成熟。自 2016 年以来，REMIX 燃料先导燃料棒（LTR）和先导燃料组件（LTA）已引入研究反应堆和商用 VVER 中， 有关进展较顺利。2022 年 REMIX 燃料还计划批量装入 VVER 反应堆。

在采用闭式核燃料循环策略的国家中，没有一个国家不在成熟的轻水堆中使用 MOX 燃料，如法国、俄罗斯、日本等。甚至一些没有采用闭式核燃料循环政策的国家也已经在商用压水堆中实施了 MOX 燃料的 LTA 计划（如美国）。

从国际经验可以看出，如果不从成熟的轻水堆启动 MOX 燃料循环以积累经验，实现自主的商业化闭式核燃料循环几乎是不可能的，或者存在巨大的风险。到目前为止，中国还没有在成熟的压水堆中实施包括 MOX 燃料 LTA 计划在内的任何核燃料循环试验，因此中国的闭式核燃料循环启动和实施似乎还很遥远。

2核燃料循环国际经验

2.1法国模式

压水堆 MOX 燃料循环。法国已在其压水堆中实施 MOX 燃料循环约超过 40 年。法国已经建立了完整的燃料循环工业化体系，为未来的快堆燃料循环奠定了坚实的基础。法国专门指定了 24 台（900 MW）压水堆机组使用 MOX 燃料发电。超过 4 000 组 MOX 燃料组件已经交付用于发电。法国认为压水堆闭式燃料循环对于从压水堆向快堆过渡的闭式核燃料循环具有重要意义。

法国 900 MW 反应堆在堆芯中使用了 30% 的 MOX 燃料，Pu 含量约为8.65%，并且 UO2 燃料和 MOX 燃料均采用相同的 1/4 换料实现了 MOX Parity（两种燃料的 Bu 均衡）。每年约有 1 000 吨来自压水堆的 UO2 乏燃料组件经过后处理得到 100 吨钚，这些钚用于制造 MOX 燃料组件供给 24 台 900 MW 反应堆使用。

MOX 燃料堆芯具有更高的中子能谱和不同于 UO2 燃料堆芯的反应性特性。为此，法国在反应堆中采用了更多的 RCCA，并在这些反应堆的硼补给系统和安全注射系统中采用了高浓度的硼酸，以提高安全性。对于三代压水堆（如 EPR）则采用了富集硼等措施。

2.2俄罗斯模式

VVER 反应堆 REMIX 燃料循环。REMIX（再生混合）燃料由从乏燃料后处理（通过不同的后处理技术）中回收的未分离的铀钚混合物，再添加 20% 低浓缩铀（235U 富集度最高可达到 17%）组成，该燃料当量约为 1% 的 239Pu 和 4% 的235U，该燃料可在四年内达到 50 GWd/t U 的燃耗。REMIX 燃料中补充了一定量的低浓缩铀，其参数与运行性能与仅采用 LEU 制成的燃料相当。这意味着反应器不需要任何修改即可开始使用 REMIX 燃料。

与轻水堆的 MOX 乏燃料不再进行后处理（如法国）不同，REMIX 乏燃料可以进行多次后处理，每次后处理后添加一定的新鲜 LEU 后制造成新的 REMIX 燃料，并在  VVER（LWR）中多次进行再循环。多次后处理循环、多次堆内燃料循环和 REMIX 再制造可重复多达五次（再循环），每次都去除裂变产物废物并进行玻璃固化，准备好进行永久地质处置。理论上，一座新的反应堆内仅依靠三炉全堆芯REMIX 燃料装载进行连续再循环，可以运行长达整个 60 年设计寿命（每炉燃料运行 4 年为一个堆内燃料循环周期，经乏燃料后处理、制造新的 REMIX 燃料再入堆运行，为一个完整的再循环周期，REMIX 燃料可进行 5 次乏燃料后处理，这样一炉 REMIX 运行总长度可达到 20 年。因此三炉完整 REMIX 燃料理论上可运行到 60 年）。

在 2016 年 REMIX 先导燃料棒和先导组件已经装入研究堆和商业 VVER 的经验基础上，一批六个组 REMIX 燃料组件计划于 2022 年在 VVER-1000 反应堆中经历一个完整的再循环周期。二元核发电系统。该系统需要的轻水堆功率容量大约是快堆的两倍（1FR+2PWR），具体取决于 FR 增殖系数、LWR 堆芯 MOX 燃料的比例和 LWR 中的燃料管理设计。该系统的钚在一定程度上是自给自足的，其中 Pu 和大部分 U 不会离开系统，而是尽可能地在该系统中循环利用，并且几乎没有乏燃料积累。次锕系元素在快堆中焚烧。

3对中国商业化封闭核燃料循环模式和实施路径的分析与探索

3.1从成熟的压水堆积累闭式核燃料循环经验的必要性和优点中国采用闭式燃料循环政策，并在 21 世纪初启动了大型商业后处理厂和闭式燃料循环项目，计划建设 800 吨 / 年的后处理厂及配套设施。

然而，目前为止，似乎还没有可行的可行性研究（包括经济分析），没有可实施的商业闭式燃料循环顶层设计和路线图规划，这使得商业闭式核燃料循环的实施面临巨大困难，进退两难。

到 2035 年，中国压水堆机组装机数量可能超过 100 台，容量超过 100 GW。到21 世纪中后期，轻水反应堆（PWR）仍是主流核电技术，中国的核电规模预计超过美国达到世界第一。中国若要实施商业化闭式核燃料循环，在成熟的压水堆中实施闭式燃料循环将完全可行，风险低，并可为未来先进燃料循环奠定产业基础。

3.2核燃料循环第一阶段：压水堆 MOX 核燃料循环

闭式核燃料循环的建立是一个长期的过程，需要积累工业和运行经验。因此， 非常有必要从成熟的压水堆启动和建立闭式核燃料循环系统，即压水堆 MOX 核燃料循环，作为核燃料循环的第一阶段（初级阶段）。

轻水堆（PWR）是一项成熟的技术，具有广泛而成熟的国际经验，包括使用MOX 燃料。因此，在压水堆中实施闭式燃料循环的可行性是确定的。这些经验和实践为那些有闭式核燃料循环政策但尚未实施的国家建立闭式核燃料循环产业体系提供了宝贵的参考。对于拥有商业核电并采用闭式核燃料循环政策的国家，明智的做法是在快堆及其核燃料循环部署之前，先启动并逐步建立基于成熟轻水堆的闭式核燃料循环系统。

轻水堆建立闭式核燃料循环是闭式核燃料循环的初级阶段，是中国建立自主化闭式核燃料循环的一个不可逾越的阶段。从轻水堆建立闭式核燃料循环将有助于我国建立 FR-PWR 二元（混合）核燃料循环系统，并过渡到快堆和其他先进核燃料循环系统。

MOX 燃料组件的堆芯物理性质与 UO2 燃料组件有显着差异，包括慢化剂温度系数（MTC）、空泡反应性系数、燃料温度系数（多普勒系数）、硼反应性系数、中子能谱等。当 Pu 含量增加时，能谱变硬，MTC 贡献减少。随着 Pu 含量的增加，空泡反应性系数趋于正值。燃料温度系数（多普勒系数）的绝对值随着 Pu 含量的增加而降低。轻水堆 MOX 燃料堆芯的整体反应性随燃耗的变化曲线比 UO2 燃料更平缓，这主要是由于 239Pu 的增殖效应。这些参数的特性与 MOX 燃料的设计和堆芯中 MOX 燃料的比例等因素有关。因此，使用 MOX 燃料的反应堆需要在反应堆设计、堆芯设计和反应堆运行中采取特殊的、有针对性的措施。

MOX 堆芯的硼反应性系数绝对值很小，只有 UOX 堆芯的 20% 左右。这也是大部分二代压水堆不能接受 100% MOX 燃料装载的主要原因之一，因为正常运行和紧急停机时对硼浓度的要求太高。

因此，使用 MOX 燃料的反应堆对 MOX 燃料设计、堆芯 MOX 燃料比例、燃料管理设计和堆芯安全裕度（包括 DNBR 裕度）都有更高的要求。由于二代压水堆安全裕度较低，堆芯 MOX 比不宜过高（如不超过 30%），且对堆芯燃料管理设计、控制棒系统设计特性以及一回路安全注射系统等有特殊要求。

此外，与法国、俄罗斯等国家的闭式核燃料循环的情况不同，中国众多压水堆的运行模式和运行状况以及堆芯燃料管理是多种多样的（而非统一的模式）。大多数压水堆实施了不同的电厂改造，如反应堆功率升级、不同的堆芯设计和燃料组件换型，换料周期为 12 ～ 18 个月，燃料类型不同，燃耗不同，这些设计改进消耗了大量的安全裕度。由于二代压水堆的安全裕度本身就不高，上述这些特点和差异给我国（二代压水堆）实施闭式核燃料循环带来了一定的挑战和困难。

如果要在中国 PWR 实施 MOX 燃料应用，需要做出特殊安排，例如指定一些专用于 MOX 运行的 PWR 机组，并特别考虑安全相关参数，例如安注系统的硼浓度、RCCA 模式、循环长度、MOX 燃料比等，以保证反应堆有足够的安全裕度。

为避免由于各压水堆机组改造多样化和堆芯设计多样化而造成的安全裕度不均衡，选择特定型号的压水堆机组实施统一的 MOX 燃料循环是十分必要的。这些选定的机组应具有基本相同或相似的反应堆设计，并采用相同的燃料组件类型且实施统一的堆芯设计和燃料管理。实施过程中首先需要在选定的压水堆中引入MOX 先导组件（LTA），以建立 MOX 燃料在压水堆中的技术和执照申请经验以及运行经验。只有在 MOX LTA 的基础上，才能考虑批量 MOX 燃料换料（约占堆芯的 30%），然后才能逐步实现 MOX 燃料与 UOX 燃料等效，即，将 MOX 燃料燃耗提高到 UO2 燃料燃耗水平。

作为替代方案，优化的 MOX 燃料（类似于 REMIX 燃料）也可用于压水堆燃料循环，以充分利用乏燃料后处理得到的 Pu 和 U（未分离）混合物，并添加一定量的新浓缩铀。这种燃料的工艺比 MOX 复杂，但其对铀资源的利用比 MOX 燃料更充分，整体铀资源利用效率和最终的高放射性废物减量更好。

3.3核燃料循环第二阶段：分布式 FR-PWR 二元（混合）核燃料循环系统

快堆（FR）距离大规模部署还很遥远，因此快堆闭式燃料循环的实现还很遥远。基于成熟的压水堆核燃料循环经验，有必要进一步探索将压水堆闭式核燃料循环拓展到分布式 FR-PWR 二元（混合）动力与核燃料循环（简称 FR-PWR 二元核燃料循环），这将更好地推动未来先进快堆燃料循环的过渡、发展和部署。

分布式 FR-PWR 二元核燃料循环系统可以充分利用轻水堆及其 MOX 燃料循环的成熟经验和产业基础，结合快堆的优势（增殖、中子效率高），避免大规模快堆燃料循环不成熟部署的风险。在该系统中，快堆和轻水堆的特性可以相得益彰，快堆可以充分利用从轻水堆乏燃料后处理中回收的低品质钚，而轻水堆可很好的利用从快堆乏燃料后处理中提取的高品质钚。

此外，这种分布式 FR-PWR 二元核燃料循环系统的规模灵活，适应性广，系统开发和部署更容易。该系统可以看作是轻水堆闭式核燃料循环与快堆闭式核燃料循环之间的过渡模式。在快堆大规模部署成熟之前，分布式 FR-PWR 二元（混合）核燃料循环系统可能是实现先进闭式核燃料循环扩展和过渡的可行途径。

典型的局部分布式 FR-PWR 二元核燃料循环系统包括 1FR+1LWR， 1FR+2LWR，等。系统的具体配置取决于反应堆设计和功率容量、Pu 含量、MOX燃料比例和堆芯装载方案，这些将在下面讨论。

4分布式 FR-LWR 二元（混合）核燃料循环系统的典型配置

4.11FR+2PWR（CPR1000，30% MOX），如图 1 所示

在图 1 的系统配置中，FR 中 100% MOX 燃料（典型的 600 MW SFR），2 台 LWR（CPR1000）中 30% MOX 燃料（每台 LWR 16 组 MOX 燃料组件）。1/3 换料方式每年排放 104 组乏燃料组件，其中 MOX 乏燃料组件 32 个，UO2 乏燃料组件72 个，每次换料全部乏燃料总 Pu 为 1.21 吨。来自所有LWR 乏燃料后处理的钚用于制造快堆 MOX 燃料。

每台LWR 使用16 组新MOX 燃料组件（Pu 8.65%），两台LWR 需要Pu 1.28 吨。

CPR1000 Pu 的增殖比例约为 0.95（1.21/1.28）。如果 FR 增殖比例在 1.15 ～ 1.2， FR 生产的 Pu 可以满足图 1 中二元（混合）核燃料系统持续运行 Pu 的需要。

4.21FR+1PWR（CPR1000，23% MOX），如图 2 所示

在图 2 的系统配置中，FR 中 100% MOX 燃料，1 台 LWR（CPR1000）中23% MOX 燃料（12 组 MOX 燃料组件）。LWR 的 1/3 换料方式每次换料卸出 52 组乏燃料组件，其中 MOX 乏燃料组件 12 个，UO2 乏燃料组件 40 个。LWR 每次换料全部乏燃料总 Pu 为 0.515 吨。来自 CPR1000 乏燃料后处理的 Pu 用于快堆MOX 燃料制造。

轻水堆使用 12 组新 MOX 燃料组件（Pu 8.65%），需要 Pu 0.477 吨。CPR1000 Pu 的增殖比约为 1.08（0.515/0.477）。如果增殖比例在 1.0 ～ 1.05，FR 生产的 Pu可以满足图 2 中二元（混合）核燃料系统持续运行 Pu 的需求。

4.31FR+1LWR（EPR，30% MOX），如图 3 所示

在图 3 的系统配置中，FR 中 100% MOX 燃料，1 EPR 中 30% MOX 燃料（20MOX FA）。1/3 换料方式每次换料卸出 72 个乏燃料组件，其中 MOX 乏燃料组件 20 组，UO2 乏燃料组件 52 组，每次换料所有乏燃料后处理的总 Pu 为 0.912 吨。来自 EPR 乏燃料后处理的 Pu 用于 FR MOX 燃料制造。使用 20 组新 MOX 燃料组件（Pu 8.65%）的 EPR 需要 Pu 0.917 吨。EPR 的 Pu 增值比约为 0.99（0.912/ 0.917）。如果 FR 增殖比在 1.05 ～ 1.1，则 FR 生产的 Pu 可以满足 1 个 EPR 和 FR使用 Pu 的需要。

图 3 分布式二元（混合）核燃料循环系统（1FR+1EPR，30% MOX 燃料）

如果 EPR 中 MOX 燃料占比为 20%，则快堆 BR=1.0 可以满足图 3 中二元（混合）系统 Pu 的需要。

4.41FR+1LWR（HPR，20% MOX），如图 4 所示

在图 4 的系统配置中，FR 中 100% MOX 燃料。1 台 HPR（“华龙一号”）中 20% MOX 燃料（12 MOX FA）。HPR 采用 1/3 换料方式每次换料卸出 60 组乏燃料组件，其中 MOX 乏燃料组件 12 组，UO2 乏燃料组件 48 组。HPR 每次换料乏燃料后处理得到的总 Pu 为 0.552 吨。HPR 乏燃料后处理产生的 Pu 用于 FR MOX 燃料制造。

使用 12 组新 MOX 燃料组件（Pu 8.65%）的 HPR 需要 0.477 吨 Pu。HPR 增殖比约为 1.16（0.552/0.477）。如果 FR 增殖比在 1.0 左右，则 FR 生产的 Pu 可以满足 1 台 HWR 和 FR 使用 Pu 的需要。

如果 HPR 中 MOX 燃料比例为 30%，则图 4 中二元（混合）系统持续运行需要 FR 增殖比为 1.1。

对于给定的典型快堆（600 MW），分布式二元（混合）核燃料循环系统中的快堆需要的 BR 与 LWR 中 MOX 燃料比例的关系如图 5 所示，其中所需的快堆 BR 取决于 LWR 中 MOX 燃料的比例以及 LWR 的容量和机组数量。对于给定的二元

（混合）核燃料循环系统配置，轻水堆中 MOX 燃料的比例越大，对快堆 BR 的要求就越高。对于 LWR 中 MOX 燃料比例相同的系统配置变化LWR 设计容量越大（如EPR 与 CPR1000；或 LWR 数量增加，如 1FR+2LWR 与 1FR+1LWR），对快堆 BR 的要求也更高。

如果 LWR MOX 燃料比例在 20% 左右，FR 的增殖比在 1.0 左右就可以维持

二元（混合）核燃料循环系统中Pu 的需要（平衡），这是由于LWR Pu BR 大于（1 轻水堆中 Pu 净产出）。

如果快堆的容量和设计特点不同，本文讨论的二元（混合）核燃料循环系统中快堆所需的 BR 也会相应变化。

5长期过渡—模块化分布式二元（混合）核燃料循环系统

迄今，人们还没有足够的知识对未来最好的（快堆）燃料循环相关技术路线和实施做出合理明确的选择。基于成熟的轻水堆燃料循环，以及分布式轻水堆和FR 二元（混合）核燃料循环系统，商业燃料循环将经历很长的过渡阶段，需要并且值得长期深入探索。

闭式核燃料循环对于核能的可持续发展至关重要。人们应该在成熟的轻水堆燃料循环和分布式轻水堆和 FR 二元（混合）核燃料循环的基础上，继续探索和发展更先进的闭式燃料循环系统。

随着快堆和分布式二元（混合）核燃料循环系统的逐步成熟，可以发展模块化（组合）分布式核燃料循环系统，逐步扩大 FR-LWR 二元（混合）核燃料循环系统的规模。这一过程至少可以维持到 21 世纪末。FR-LWR 二元（混合）核燃料循环系统中的快堆可以是钠冷快堆、铅冷快堆或其他快堆，而该系统中的轻水堆可以是百万千瓦级大型压水堆，也可以是（模块化）小型堆。

模块化分布式二元（混合）核燃料循环系统示意图如图 6 所示。

6未来先进核燃料循环

第四代核能论坛（GIF）于 2002 年发布的技术路线图确定了要探索的六种第四代核技术：快中子气冷堆、铅冷快堆、钠冷快堆、熔盐堆、超临界水冷堆和超高温反应堆。这些反应堆概念中的一部分已经在一定规模上得到了验证或示范，但没有一个得到充分开发以实现成功的商业化应用。

人们普遍认为，快中子增殖反应堆是为可持续发展的商业化核电工业提供足够燃料所必需的。人们还对各种其他先进反应堆和燃料循环概念进行了研究。各种先进核概念的研究工作取得了一些成果，但在过去的几十年中，由于技术、经济和政治方面的挑战和困难，一些国家的进展并不顺利，甚至有起有落。一些典型的先进反应堆在过去 10 年中取得了一些积极进展。一些国家已经开发、建造或运行了示范性钠冷快堆，例如 BN-800、ASTRID、CDF-600、PRISM 等。这些钠冷快堆可以使用 MOX 或其他先进燃料。铅（铅 - 铋）冷快堆的开发进展看起来很有建设性，如具有一体化发电和核燃料循环设计特点的 ELFR、MYRRHA、Breast-300，并已在一些国家开发之中。

随着快堆技术逐渐成熟并扩大部署规模，模块化 FR-LWR 二元（混合）核燃料循环可以逐步扩大规模并过渡到快堆核燃料循环。

7结论

结合国际经验和中国实际，本文研究了闭式核燃料循环有关的核燃料与核燃料循环技术，分析了国际上商业化闭式核燃料循环的成功实践经验，探了中国未来闭式核燃料循环的可行模式和发展路径，阐述了从我国成熟的商用压水堆核电厂启动闭式核燃料循环作为我国自主化闭式核燃料循环初始阶段的必要性和重要性，对中国自主商业化闭式核燃料循环的启动策略提出了建议。

由于快堆及其快堆核燃料循环的成熟度还比较低，其商业化还很遥远。核燃料循环的工业化是一个非常复杂的过程，需要循序渐进、分阶段推进。长期以来， 我国运行核电机组、在建和将要建造的核电机组以及核电技术路线主要是压水堆技术。我国的压水堆技术成熟，并已形成商业化规模。从工业化、商业化核自主化的角度来看，如果要将我国闭式核燃料循环政策推向实施阶段，从成熟的压水堆启动商业化闭式核燃料循环是不可避免的。

既然中国坚持实施和推进闭式核燃料循环政策，从成熟的商用压水堆中启动闭式核燃料循环无疑是明智的和值得认真考虑的。这样可逐步积累经验，建立自主的商用闭式核燃料循环产业化体系，为未来实现更先进的闭式核燃料循环打下基础。实现自主的商业化闭式核燃料循环也是中国从核电大国走向核电强国的重要体现。

建议提前做好顶层设计和规划，选择合适的压水堆机组，在适当的时间装载MOX 燃料或优化 MOX 燃料（LTAs）入堆运行，以积累 MOX 燃料设计、MOX 燃料运行、商业乏燃料后处理和 MOX 燃料组件制造的全过程经验，逐步建立自主的商业化闭式核燃料循环工业体系。

以压水堆 MOX 燃料循环和快堆 MOX 燃料运行经验为基础，适时开发部署分布式 FR-PWR 二元（混合）核燃料循环系统，充分发挥压水堆成熟度性和快堆核燃料增殖各自的优势，使分布式 FR-PWR 二元（混合）核燃料循环系统成为核燃料循环过渡阶段的基本单元。在此基础上进一步扩大范围，建立模块化二元（混合）核燃料循环系统，进而推进核燃料循环的过渡进程和规模，从而为未来的先进核燃料循环打下坚实的基础。

缩写词

NU：天然铀；RU：回收铀；BR：增殖比；CPR：中国压水堆；EPR：欧洲压水堆；HPR：“华龙一号”；FR：快堆；LWR 轻水堆。

（本文刊载结束）