基本介紹
定義,裂變產物,主要元素,鈾,鈽,廢燃料處理,最終處置,
定義
核燃料在反應堆中使用時，由於易裂變核素的消耗、裂變產物及重核素的生成，引起燃料反應性的變化，最終使反應堆不再能維持臨界，因此核燃料使用到一定程度必須更換。經反應堆輻射後卸下的燃料也稱為廢燃料或輻照過的燃料。由於乏核燃料中包含有大量的放射性元素，因此具有很強的放射性，因此必須妥善處理。廢燃料的處理主要包括：儲存、運輸、後處理、深地質處置等過程。圖P1為核燃料循環圖，給出了核燃料從鈾礦開採到廢燃料最終處理所需經歷的所有過程。
裂變產物
廢燃料中占其質量3%的物質是鈾-235和鈽-239 的裂變產物及它們的衰變鏈的間接產物。儘管這些物質被認為是放射性廢物，但是由於他們可能有多種工業上和材料上的用途，仍然可能需要將它們進一步分離出來。鈾和鈽的裂變產物包含了周期表中從鋅到鑭系元素的所有元素，這些元素按照質子數的分布會出現兩個峰：第一個峰是第二次轉換所產生的鋯、釕、鉬、鎝、釕、銠、鈀、銀，而另一個峰是周期表中的碘、氙、銫、鋇、鑭、鈰、釹。許多裂變產物都不具有放射性，或者是壽命很短的放射性同位素，但是仍然有相當數量的產物是中期到長期的放射性同位素，如鍶-90、銫-137、鎝-99和碘-129。一些國家對裂變廢物中的稀有同位素的分離方法進行了研究，比如通過分離裂變產生的貴重金屬如銀和鉑族金屬釕，銠，鈀，可以或多或少的補償再處理的成本，然而目前這些方法都沒有得到商業化。
裂變產物可以改變二氧化鈾的熱傳導性能。鑭系元素氧化物會降低燃料的熱傳導性。
主要元素
鈾
廢核燃料中的96%的質量是剩餘的未反應的鈾，大多數是鈾-238，一小部分是鈾-235。通常情況下，鈾-235的質量分數小於0.83%，鈾-236的質量分數大約是0.4%。
鈾-236是一種很棘手的長壽命放射性廢物。
再處理鈾包含有鈾-236，這種同位素在自然界中不存在，它可以用作乏核燃料的標誌特徵。
如果將釷燃料用於反應堆中，產生的乏核燃料將會包含鈾的同位素鈾-233，其半衰期為159,200年。它將會對乏核燃料因衰變而產生的長期放射性產生影響。和混合氧化物核燃料相比，由於存在有未衰變完全的鈾-233，一百萬年之內的釷乏燃料的放射性將會比較高。
鈽
廢核燃料中大約1%的質量是鈽-239和鈽-240，這些鈽由鈾-238俘獲中子後經β衰變而產生，它們既是一種有用的副產品，也是危險的、難以處理的廢料。為了防止核擴散，需要禁止那些尚未擁有核武器的國家使用這些鈽製造核武器。如果核反應堆工作正常的話，這些鈽是反應堆級，沒有達到武器級。它所包含的鈽-240較多，只有不到80%的鈽為鈽-239，使得這些鈽並不適用於製作核武器。然而，用這些反應堆級的鈽製作核武器也並非不可能[1]。如果接受輻射的時間比較短，那么就會生產出武器級的鈽，鈽-239的比例高於80%，最高可達93%。
廢燃料處理
廢燃料棒在經過再處理後可能產生鈽，因此被認為是可以製造核武器的危險物質。
外交訊息人士表示：“寧邊核反應堆廢燃料棒的處理問題尚未取得六方會談與會國的一致同意，所以無核化工作組會議可能會討論這一問題。”
朝鮮和其他與會國決定關閉5兆瓦核反應堆後，認為在2個月的初期階段履行期間很難提取重達50噸的8000個廢燃料棒，因此與會國決定暫時擱置處理問題，先進行關閉工作。
但訊息人士表示：“隨著進入核設施去功能化階段，處理廢燃料棒問題正在成為急需解決的問題。”“就廢燃料棒處理方案，如同1994年的《朝美日內瓦框架協定》，提取廢燃料棒後密封在容器內的方案最安全，但這一工作約需要4年的時間和3500萬美元(約2.66億人民幣)的費用。”
“除此之外還有費用低並且時間短(2至3個月)的烘乾保管方法，和放在水槽的方法。但是這些方法只要下決心，進行再處理後還能照樣地提取核物質，因此不能算是安全的長遠之策。”“此外，也可以在提取廢燃料棒後送到英國等國家進行再處理。但這一方法的相關法律規定，再處理後產生的鈽應歸還給委託國家，也就是朝鮮。”該人士說。
最終處置
由於長壽命核廢料（包括廢燃料）必須長期同人類和環境隔絕。廣泛接受的看法認為，廢燃料、核燃料再處理的高放射性廢物以及鈽廢料需要在妥善設計的場所存放幾萬年到一百萬年，以減少其放射性對環境的污染。同時，必須確保鈽和高濃縮鈾不被用於軍事目的。一個基本的共識是，把廢燃料存放於地下幾百米的儲存場所要比將其堆放在地表更安全。因此把這些廢料存放在穩定地質構造中人工建造的地下儲存所（repository）是一種可行的方案，這便是廢燃料的最終處置方式，同時也叫深地質處置。
廢燃料的最終處置是指在穩定的地質構造中開掘的放射性核廢料存放場所，一般在地下300米以下。核廢料形態、其包裝、場地的密封和防滲以及地質條件等諸多因素決定了儲放場所成功與否。對深地質處置的基本要求是長時間將核廢料與環境隔絕開來，同時只需要極少或者不需要維護。深地質處置的時間尺度很大，通常從幾萬年到一百萬年。在深地質處置中，盛放在容器中的核廢料被以某種方式密封，存放在隧道里。最外面一層防護機制就是地質構造本身（比如岩層）。
