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        反應堆開發：

        七十年代，日本普賢（Fugen）先進熱中子原型堆（ATR）建成。這種堆以重水為慢化劑，采用加壓輕水冷卻，設計可以使用鈾燃料和钚燃料，但主要是驗證钚的利用。這是世界上第一個采用全MOX燃料堆芯的熱中子堆。普賢堆電功率為14.8萬千瓦，由JNC負責運行，2003年3月關停。日本規劃在Ohma建造60萬千瓦的ATR示范堆，但于1995年決定中止。

        1970年以來，日本共有28座沸水堆（包括先進型沸水堆）和23座壓水堆投入運行。 

        日本首批ABWR機組（131.5萬千瓦）是東京電力公司（Tepco）的柏崎·刈羽核電站（Kashiwazaki-Kariwa）6號、7號機組，分別于1996年11月、1997年7月投入商業化運行。兩臺機組由美國通用電氣、日本東芝公司和日立公司組成的聯合體建造。還有3臺ABWR機組，濱岡（Hamaoka）5號、志賀（Shika）2號、島根（Shimane）3號，目前正處于調試或在建狀態。日立公司還正在開發60萬、90萬和170萬千瓦等級的ABWR機組。ABWR二代的電功率為171.7萬千瓦。

       150萬千瓦級的先進型壓水堆（APWR）設計已經由4家電力公司聯合三菱、西屋（早期參與）開發出來。目前，這一設計正在日本申請許可證，計劃首批機組（153.8萬千瓦）于2009年開始在敦賀（Tsuruga）核電廠址上建造（3號、4號機組）。2004年3月，福井縣地方政府已經批準建造這個項目。APWR比目前的PWR更加簡單，具有能動和非能動冷卻系統，效率更高，燃耗超過55千兆瓦·日/噸。設計工作正在進行，將成為日本下一代壓水堆的基礎。“APWR+”的電功率為175萬千瓦，能夠使用全MOX堆芯。

        三菱重工現在正在美國和歐洲市場推銷170萬千瓦級的APWR，并于2008年1月向美國核管制委員會提交了設計許可證申請。美國版本的APWR已經有TXU集團（現名“Luminant”）選擇在德克薩斯州科曼奇峰（Comanche Peak）核電站擴建。三菱重工還參與了西屋公司AP1000反應堆的開發工作，但現在西屋公司已被東芝公司收購，三菱重工將獨立開發壓水堆技術。

        2005年中期，日本經濟產業省自然資源與能源廳（ANRE）核能政策規劃部門提出要進行一項2年期的下一代輕水堆開發的可行性研究。新的設計，基于ABWR和APWR，將使建造工期和發電成本下降20%，并且使乏燃料的數量減少20%，同時安全性得到提高，3年可以建成，壽期更長。2007年9月，日本政府、核工業和電力公司宣布，將共同開發新型輕水堆設計，計劃2020年左右部署。新型設計將使用富集度最低在5%以上的燃料，運行壽期達到80年。這個項目預計將投資5.2億日元，8年時間，開發出一種BWR和一種PWR設計，每種堆型的電功率都在170萬~180萬千瓦。

        關于快中子增殖堆（FBR），常陽（Joyo）試驗快堆自1977年首次達臨界以來，一直運行良好，已經積累了很多技術數據。文殊（Monju）原型快堆于1994年4月首次啟動，但1995年12月在性能試驗中二次熱交換系統出現鈉泄漏而中止，運行期間電功率達到24.6萬千瓦。其監管權已轉交給JNC（現為JAEA），日本科技大臣表示，2008年的主要目標是重新啟動這座堆。日本最高法院于2005年5月做出的裁定，為2008年內（可能是10月）重新啟動文殊堆掃清了障礙。此外，JAEA還接手了位于茨城縣東海村附近大洗町（Oarai）的快堆和相關的研發工作。

       1998年末，一座熱功率30MWt的小型氣冷原型堆——高溫工程實驗堆（HTTR）實現首次啟動。這是日本首座石墨慢化、氦氣冷卻的反應堆。啟動時的運行溫度為850℃，2004年達到950℃，使其可以應用諸如熱化制氫等化學工藝。這座反應堆的燃料是裝入六角型石墨棱柱內的陶瓷包覆顆粒，具有很高的固有安全性水平。這一設計是為了給第二代高溫氦冷核電機組在工業或驅動直接循環氣輪機方面的商業化應用提供基礎。根據計劃，2015年，HTTR將于一座1000立方米/小時的碘硫制氫工廠連接，以驗證其在一體化生產體系中的性能。

        備注：大間核電站開工日期推遲到2007年10月，等待監管部門對地震安全性報告的審查完成；敦賀3號、4號，和東京電力的東通1號，正在由監管部門進行最終的安全性評估。

        日本電源開發集團，現在名稱為J-Power，已經提出在青森縣建造大間核電站的許可申請，這是1臺138.3萬千瓦的ABWR機組。計劃2007年8月開工建設，2012年進入調試階段，但由于地震標準的提高而可能推遲。除了普賢（Fugen）先進熱中子實驗堆之外，大間將是日本首座專門使用MOX燃料的商用堆。

        經過因選址問題造成的延誤之后，敦賀核電站3、4號機組已經得到了福井縣地方政府的批準，業主日本原子能發電公司也已向政府提交了建造許可申請。許可審批程序可能需要2年時間，建設費用估計為7700億日元（74億美元），計劃于2010年開工，2016年和2017年投入商業化運行。

        制造核電站主要大鍛件的廠家，從2007年開始，投入400億日元（3.3億美元），增加產能，以便應對中國和美國的定單。日本制剛所（JSW）的制造和研發基地分別位于廣島（Hiroshima）、橫濱（Yokohama）、室蘭（Muroran）。在北海道的室蘭中心，擁有重型鋼廠和與發電有關的實驗室。室蘭中心制造核電站中使用的反應堆壓力容器、蒸汽發生器部件、發電機和汽輪機轉子大軸、合金鋼板和汽輪機外殼。自1974年開始，JSW一直根據美國核管制委員會的標準，為核電站制造鍛件，目前已向全世界提供了130套反應堆壓力容器，占總量的1/3還多。

        鈾供應：

        日本本國不產鈾。2007年，日本的鈾需求為8872噸鈾，分別來自澳大利亞（約1/3）、加拿大、哈薩克斯坦及其他國家。
       
        2006年，伊藤忠商社（Itochu）簽定協議，今后10年將從哈薩克斯坦購買3000噸鈾，作為合作，日本將為哈薩克斯坦Central Mynkuduk鈾礦（儲量52000噸鈾，見“哈薩克斯坦鈾資源與核工業簡介”）提供融資支持。2007年，日本丸紅株式會社（Marubeni）和東京電力公司聯合日本其他企業，收購了哈薩克斯坦Kharasan鈾礦（儲量55000噸鈾）40%的股權（見“東芝公司買入哈薩克鈾項目部分股權”），該礦每年將向日本提供2000噸鈾。

        燃料循環設施：

        日本一直在積極發展本國完整的核燃料循環工業。

        JAEA在岡山縣人形嶺（Ningyo Toge）運營一座小型的鈾精煉與轉換工廠，和一座離心工藝濃縮示范工廠。

        日本大部分濃縮服務依靠進口，日本原燃（JNFL）在六所村（Rokkasho）運營一座商業化濃縮工廠。1992年投入運行，使用自主技術，有7個級聯，每個級聯的年加工能力為15萬分離功（SWU），但只有2個在運行。根據計劃，這座工廠的最終能力將達到150萬SWU/年。目前正在測試一個采用新型“Shingata”設計的鉛級聯，計劃將用鉛級聯對工廠重新裝備。JNFL的股東是日本9家電力公司。

        日本擁有6400噸通過乏燃料后處理得到的鈾，目前貯存在法國和英國的后處理工廠。2007年，日本與俄羅斯的Atomenergoprom簽署協議，后者將為日本的電力公司持有的這些鈾提供濃縮服務。

        在東京以北茨城縣東海村（Tokai），三菱重工的核燃料公司運營一座大型的燃料制造工廠，1972年投運；其他位于東海村和熊取町（Kumatori）的燃料制造廠由日本原子燃料事業會社（NFI）運營；JAEA在東海村還有一些專為普賢先進熱中子堆和快中子增殖堆計劃制造混合氧化物燃料的試驗工廠，每個工廠的制造能力約10噸/年。

        在東海村，JNC（現名JAEA）還運營一座能力為90噸/年、采用普雷克斯（Purex）技術的示范后處理工廠，自1977年以來已經處理了1116噸乏燃料，最后一批處理是在2006年初。現在該工廠的重點放在研發上，包括MOX燃料的后處理。JAEA在東海村還有一些乏燃料貯存設施，并正計劃新建一座。1995年，JAEA還在東海村投運了一座高放廢物固化示范工廠。東海村已經成為JAEA在高放廢物處理和處置研發方面的重要基地。

        1984年，日本電氣事業聯合會（FEPC）向六所村和青森縣申請許可建造一座大型的綜合設施，包括鈾濃縮工廠、低放廢物貯存中心、高放廢物貯存中心和后處理工廠。目前，JNFL負責運營那里的低放廢物貯存中心和高放廢物貯存中心，能力為800噸/年的后處理工廠正在建設，目前已進入調試階段。

        2007年11月，六所村固化工廠開始積極的試驗工作，將高放廢物與硼硅酸鹽玻璃固化在一起。固化廠從附近的后處理廠接收廢物。這些廢物是乏燃料經過后處理，回收了其中的鈾和钚之后的剩余高放廢物，體積為后處理前的3%。

        后處理和MOX燃料：

        出于保障能源安全考慮，盡管鈾的價格多年保持低水平，日本1956年以來執行的政策一直是最大限度地利用進口的鈾，通過以MOX燃料形式對乏燃料中的鈾和钚進行再循環，可以使從核燃料中獲得的能量提高25~30%。

        前面提到的1977年~2006年在東海村運行的示范后處理工廠，處理了1000多噸乏燃料，并有钚-鈾混合產物。

        JNFL在六所村的800噸/年的后處理工廠，經過22個月的試驗期和13年的建設期，計劃于2008年5月投入運行。該工廠的工藝基礎是法國阿海琺（Areva）阿格（La Hague）后處理工廠的技術，2007年末，日本方面與Areva將雙方20年期限的合作協議進行展期，并特別關聯到“全球核能伙伴計劃”（GNEP）的目標。現在使用的調整后的Purex工藝，在钚產物中留有鈾（50：50比例的混合物），這樣就保證在任何情況下都不會有獨立分離出來的钚，從而緩解了對钚可能的誤用的擔憂。

        2007財政年度（截至2008年3月底），日本共有210噸乏燃料得到后處理。2008年財政年度，預計這一數字為395噸，從中可以回收1.9噸的裂變钚（反應堆級）。

        背景說明：

        2004年10月，日本原子力委員會的咨詢組以大比例（30票對2票）通過決定，繼續進行JNFL的800噸/年的六所村后處理工廠的最終調試和商業化運行，投資約2.4萬億（200億美元）日元。原子力委員會否決了將乏燃料送往美國進行直接處置的替代方案。此舉為看成是今后幾十年中，政府與企業共同制訂核政策行動的重要里程碑。2006年3月，工廠在13年建設之后，進入了22個月的最終調試階段。約430噸乏燃料將被送到這座工廠，對工廠運行進行全面測試。調試過程將產生約2.3噸的反應堆級钚（1.6噸裂變钚）。

        2004年政府研究報告顯示，預計今后60年內進行后處理的費用（1.6日元/千瓦時）要比直接進行最終處置（0.9~1.1日元/千瓦時）高出很多；換算為總體發電成本為5.2日元/千瓦時，如果不考慮新工廠已經投入的資金的影響，或是2004年以來鈾價格的顯著上升，總體發電成本為4.5~4.7日元/千瓦時。

        到目前為止，乏燃料的后處理大部分在歐洲由英國核燃料公司（BNFL）和法國阿海琺（Areva）進行（分別為4200噸/年和2900噸/年），經過玻璃固化的高放廢物被運回日本進行最終處置。委托Areva進行的后處理業務于2005年結束，JNFL六所村后處理廠計劃于2008年初投入全規模運行。日本1999年就開始有乏燃料等待送到這座工廠進行后處理（1998年結束向歐洲運輸乏燃料）。

        新的六所村工廠將用40年左右的時間，處理截至2005年底已經貯存在此的14000噸乏燃料，和2006年以來接收的18000噸乏燃料。每年將產生4噸左右的裂變钚。
       
        日本電氣事業聯合會表示，根據“钚”計劃，日本的9家電力公司將從2010年開始，把后處理得到的钚用于制造16~18座反應堆使用的MOX燃料。預計每年將有6噸裂變钚裝入動力堆中使用。同時，日本送往歐洲的乏燃料后處理分離出的40噸反應堆級钚（25.6噸裂變钚）將在歐洲制成MOX燃料。不過，當地對于使用MOX燃料的擔憂一度延緩了1994年“钚”計劃的實施。

        至今為止，日本已經收到了3批來自歐洲的反應堆級钚，約2噸多重。第一批是在1992年，是單一的钚氧化物，標明用于文殊快中子增殖原型堆。不過，文殊堆雖已準備裝載這些燃料，但因1996年發生的一次鈉泄漏而保持關閉至今。第二批是用于輕水堆的MOX燃料，1999年交付。這批燃料中，部分是由BNFL提供的，用于關西電力公司的高濱核電站，但被發現質量控制數據有造假的丑聞。2002年，這批燃料被退回英國。第三批是BNFL制造的MOX燃料，用于東京電力公司的柏崎·刈羽核電站3號反應堆。

        福島縣和新滹縣地方政府采取行動推遲MOX燃料在本地反應堆內的利用，使得東京電力和關西電力被迫暫停并重新編制利用計劃。2008年，靜岡縣接受了中部電力公司在濱岡核電站4號反應堆使用MOX燃料的方案；福井縣接受了關西電力公司從2010年開始在高濱核電站3號、4號反應堆使用MOX燃料的方案。

        同時，日本的钚庫存有所下降，2004年底有41噸分離的反應堆級钚（約35%為裂變）庫存，等待用于制造MOX燃料。2007年底，日本電力公司共有26.4噸裂變钚：13.9噸在法國，11.3噸在英國，1.2噸在日本國內。2012年開始，每年將有5.5噸~6.5噸的裂變钚得到利用。

        2005年4月，青森縣地方政府批準在六所村后處理工廠附近建造一座MOX燃料工廠。青森縣知事、六所村市長和JNFL社長簽署了一份協議。青森縣知事敦促日本電氣事業聯合會“加強努力，推進MOX利用計劃的實現”。這一批準行為被看成是日本向完整的燃料循環邁出的重要一步，得到了日本政府、原子力委員會和電力公司的大力支持。JNFL已經提出許可申請，建造并運營一座130噸/年的J-MOX（日本MOX）制造工廠。這座工廠投資12億美元，2007年底前開工，2012年投入運行。

        2005年9月，日本原子力安全·保安院（NISA）代表經濟產業省，批準了MOX在幾座反應堆中使用，包括高濱核電站3號、4號，福島第一核電站3號，柏崎·刈羽核電站3號和玄海核電站3號。經過對反應堆做部分改造后，2012年左右將可使用MOX。此外，島根核電站2號和濱岡核電站4號的MOX使用申請正在審查過程中。

        2006年11月，四國電力公司與三菱簽署協議，利用600公斤反應堆級钚，為伊方核電站制造21組MOX燃料組件。這些钚是Areva在法國阿格后處理工廠對四國電力公司的乏燃料進行后處理得到的，MOX將在法國的Melox工廠制造。（待續）

        新聞來源：UIC、AEC

        編譯：辦公廳  劉軍韜