美国商业核电站概述：反应堆技术、核能供应与废料处理情况

获取原子能的方式有裂变和聚变两种。裂变是一个连锁反应过程。在这个过程中，铀原子被撕裂，并释放出热能。聚变采用的是相反的过程，即由原子核的聚合来产生能量。聚变产生的辐射废料更少，产生的能量很短暂，且不适合用于武器技术。虽然聚变可以产生极大的能量，受控的核聚变在现阶段在技术和经济上均不可行。

目前，所有的商业核电站的反应堆均采用裂变技术。美国的第一个核反应堆于1942年投入运营。当时，由恩里克·费米和里奥·斯拉德领导的科学家小组运行反应堆的目的是为生产核武器，以应对德国可能建造和使用核武器所造成的威胁。公众第一次了解原子能是原子弹摧毁了两个城市，加速了第二次世界大战的结束。随后，和平利用原子能的时代到来。在公众有机会了解原子能可被驯服以应用于和平目的之前，他们所知道的仅是原子弹的惊人破坏力。第二次世界大战的结束也昭示着军方对原子能技术近乎完全控制的终结。

美国是世界上第一大商业核能供应国。目前，美国有104座核电站在运行，生产了美国20%的电力。核反应堆实际上是一个用以加热水发电的、大型且昂贵的“茶炉”。美国有压水和沸水两种核反应堆。目前运行的核反应堆有69座是压水堆，35座是沸水堆。这两种反应堆的工作机理相近。两种反应堆都是轻水反应堆，因为它们使用普通的水作为冷却剂。在压水堆中，核反应堆加热压力水，经加热的压力水通过蒸汽发生器生产蒸汽，蒸汽推动汽轮机以发电。做功后的乏汽被排放。而在沸水堆中，加热的水直接产生蒸汽，该蒸汽在做功后返回并冷却反应堆，形成闭路系统。

按照最初的设想，反应堆的核燃料铀也要被闭环循环利用。即，这个燃料过程是开采铀矿、加工铀、在反应堆中使用铀、将使用后的乏燃料进行再处理后继续利用。在这样的循环系统中，铀被再处理生成钚，钚可以作为快速“增殖”反应堆的燃料。快速增殖反应堆生产的核燃料要多于其消耗的核燃料。但是，由于钚是剧毒的，并具有已知最长的半衰期，对钚的研究和开发引起了普遍的担心。在“西屋电气公司诉核能监管委员会”案^[3]中，法院以核燃料的再生能生产可用于核武器的钚为理由，支持核能监管委员会（Nuclear Regulatory Commission，简称NRC）搁置对此项目的审批。这样，美国不允许对乏核燃料进行再处理，乏核燃料必须被作为废料予以处置。我们将在本章最后讨论燃料循环，以及核废料处置。(www.xing528.com)

核燃料生产和利用的不同阶段，均涉及需要监管的安全和环境问题。生产核燃料的第一步是探矿和开采铀。经开采的铀被首先加工成被称为“黄饼”的氧化铀。接着，黄饼被转化成气体氟化铀，并被提纯以降低不可裂变的铀238的含量和提高可裂变的铀235同位素的含量。经提纯的气体氟化铀在冷却成固体后，被加工为铅笔橡皮头大小的颗粒。该颗粒被组装成可供核反应堆使用的核燃料棒。所有这些步骤被称为核燃料的前端过程。

核燃料的后端过程包括核设施的退役、核电站的取消、应急计划、运输和乏核燃料的存储和处置。这些过程的每一步都处于监管之下。

美国第一个联网发电的核电机组（也是当时功率最大的核电机组）是于1957年在宾夕法尼亚州的Shippingport投产的60兆瓦的机组。在其后的三到四年内，功率更大的核电试验机组得以建设。公众和公用设施公司开始接受核电这一新生事物，市场也有很好的反响，投资者看好核电项目。但是，这一情况持续的时间并不长。20世纪70年代出现的能源和经济危机，和特别是三里岛事故和其他核电事件一起，对此行业造成了灾难性的冲击。目前，核电站的建设和许可处于停滞状态。从1951年以来，美国订购的核电站有259座，其中104座仍在运行、124座被取消、28座被关闭。2011年，核能监管委员会在审批来自11家公司的20座核电站，见美国核能研究所（Nuclear Energy Institute）的《新核电站》^[4]。