乏核燃料的处置仍然是一项全球性的重大挑战。仅在俄罗斯，每年就有约650吨放射性废物从核电站反应堆中被清除。
目前大部分核废料仅采取简单填埋处理，仅约15%得到回收利用。但圣彼得堡科学家团队已研发出革命性技术，可实现对乏核燃料的再处理，并能对核电站组件，包括辐照反应堆石墨进行无害化处理——这种材料已成为全球核能发展的重大障碍。该科研团队负责人、物理数学博士安娜·彼得罗夫斯卡娅在接受《科学俄罗斯》杂志采访时详细阐释了这项创新技术的工艺流程。
应对当前困境
乏核燃料仍然是核电站运营国家面临的重大挑战。彼得罗夫斯卡娅博士指出，首要问题在于经年累积的乏燃料数量惊人，给安全管理与长期处置带来复杂挑战。
她解释道：“全球有数十万吨乏核燃料，仅俄罗斯就有约2.5万吨。”
她补充说，现有的乏核废料后处理技术不足，因为最常用的放射化学方法会产生大量的二次液态放射性废物，并且需要多阶段工艺才能从乏燃料中分离出多达40种不同的化学元素。这些工艺既昂贵又耗时。
填埋之困
尽管填埋常被视为解决方案，但彼得罗夫斯卡娅博士指出这不过是“将问题延后”。
她解释说：“无论是深地质处置还是近地表填埋，都无法从根本上解决放射性废料的长期管理难题。为了实现核燃料闭式循环并有效地处理乏核燃料，我们需要新的、更高效的方法。”
独特的解决方案：离子-等离子体技术
彼得罗夫斯卡娅博士团队开发的突破性技术基于离子-等离子体与离子-热化学联合处理方法。该技术利用短时等离子体放电，在惰性气体环境中将乏燃料雾化，从而避免了液态放射性废物的产生。然后，根据冷凝温度的差异，原子被分离，铀和钚等化学元素的分离效率高达99%。
彼得罗夫斯卡娅解释道：“现有等离子离心机仅能将乏燃料粗分为轻重两类，而我们的技术可精准分离每一种元素。”
她指出，这项技术同时具备显著成本优势，预计每公斤燃料的运营成本仅为20 美元。
再利用和降低放射性
铀和钚等裂变元素一旦分离，即可重新利用，制造新的核燃料。其他高放射性成分，例如锶-90，则可以直接在快中子反应堆中“燃烧”，将其转化为稳定或短寿命同位素，从而减少核能产生的放射性废物总量。彼得罗夫斯卡娅的团队还在探索将这些元素用于新型β-伏打电池——这种创新电源可以为心脏起搏器、太空探索甚至消费电子产品等应用提供“永恒”能源。
乏燃料再处理现状几何?
尽管俄罗斯在技术上取得了突破，但彼得罗夫斯卡娅博士指出，在全球范围内，只有一小部分乏核燃料得到了再处理。
她说道：“例如，在美国，乏核燃料通常被储存而不是再处理，因为老技术对他们来说更经济可行。”
然而，她警告说，如果没有高效的再处理方法，闭式核燃料循环就不可能实现。
由于天然铀235预计将在未来40至80年内耗尽，闭式核燃料循环变得越来越重要。俄罗斯拥有技术优势的快中子反应堆被视为解决这一问题的潜在方案。
快中子反应堆和高效再处理技术的需求
俄罗斯在这一领域取得了重大进展，已经建造了快中子反应堆原型，并正在测试新型MOX和SNUP燃料。但彼得罗夫斯卡娅博士强调，即使有了快中子反应堆，仍然需要高效的再处理技术来实现燃料闭式循环。
她解释说：“即使在快中子反应堆的乏燃料中，也残留着超过20%的必需裂变元素，例如铀和钚。”
俄罗斯的技术领先地位
彼得罗夫斯卡娅博士团队的再处理技术独一无二。虽然其他技术，例如等离子离心机，已经开发出将乏燃料分离成两部分的技术，但彼得罗夫斯卡娅的技术可实现单质元素的精准分离。此外，该技术经济可行，这将改变核工业的格局。
除了对乏燃料进行再处理外，该团队还开发了解决辐照石墨钝化的方法，这是世界范围尚未攻克的难题。该技术与俄罗斯核动力康采恩公司和俄罗斯国家原子能公司合作获得了专利，被视为反应堆退役的潜在解决方案，尤其是在俄罗斯多家核电站使用的RBMK反应堆。
全球影响
这项技术的意义已超出俄罗斯。彼得罗夫斯卡娅博士认为，这项技术对于福岛核事故的后续处理尤其有益，因为福岛核事故需要处理大量放射性废料。
她解释道，“福岛的核废料中，熔融铀造成的破坏使得现有技术难以应对”，“但凭借我们的技术，我们可以有效地处理放射性金属结构的失活问题，这对日本来说将大有裨益”。
未来之路
彼得罗夫斯卡娅博士认为，闭式核燃料循环和开发更高效的再处理技术不仅是俄罗斯的课题，也是全世界的课题。
她总结道：“核能的未来取决于我们解决这些问题的能力，而我们的技术是迈向这个目标的关键一步。”
俄罗斯在先进核技术发展方面处于领先地位，包括乏燃料再处理和受辐照材料钝化方面的技术突破，这使得俄罗斯在应对全球核废料管理挑战方面发挥着关键作用。随着世界对核能的依赖日益加深，此类创新或许将成为实现更安全、更可持续能源未来的关键。
