美国核电站乏燃料贮存与运输管理

□刘 群

乏燃料安全管理是核电可持续发展的基础，是核燃料循环后段的重要组成部分，所有核电国家都从法律法规和体制机制建设等多个方面，对包括乏燃料运输、贮存在内的管理活动进行了详细规范。美国是核电起步最早的传统核大国。截至2019年底，美国在运核电机组96台，总装机容量97.6GWe，约占全球核电总装机容量的24%；2019年核发电量809.4TWh，占全美总发电量的19.25%，占全球核发电量的31.5%。美国是世界上最大的乏燃料产生国，截至2019年底，共产生8.4万吨tHM核电站乏燃料[1～2]。

一、核电站乏燃料管理策略相关立法

美国1982年通过的《核废物政策法》于1983年1月7日经正式签署成为法律，该法确立了联邦政府在深地质处置库中处置乏燃料的责任以及政策。根据该法，核电站乏燃料要进行深地质处置。该法授权美国能源部建造一个深地质处置库，核管会负责为该库的建设、运营和退役制定许可法规，用于乏燃料运输的货包必须经核管会认可，环保署负责建立适用于地质处置库的公共卫生和安全标准。核电公司为每度核电支付0.001美元作为核废物基金，用于支付处置库建造和运行等费用[3]。

1987年对1982年《核废物政策法》进行了修订，其主要内容包括：由能源部全面负责乏燃料最终处理处置工作，包括处置库选址、建造和运行；指定位于美国内华达州的尤卡山为第一座处置库的唯一场址，处置能力为7万tHM乏燃料，并于1998年开始深地质处置核电站乏燃料。

二、核电站乏燃料贮存管理实践

(一)乏燃料贮存总体现状。除少量运往科研机构，用于开展乏燃料深地质处置库建造的相关研究外，绝大部分美国核电站乏燃料贮存在核电站场址内，其中约5万tHM贮存于在堆水池，约2.7万tHM贮存于核电站(包括已退役核电站)的现场独立乏燃料贮存装置(ISFSIs)[4](见图1)。

图1 美国加州代阿布洛峡谷核电站乏燃料干式贮存设施

(二)乏燃料场址内干法贮存情况。由于建造尤卡山深地质处置库计划一直没有落地，导致乏燃料中间贮存时间不断延长，作为中间集中贮存设施和深地质处置库建成前的缓解方案，1990年开始，核管会允许核电站许可证持有方在许可的核电站场址，采用经核管会认证的干式贮存桶(ISFSIs)贮存乏燃料。美国已在包括退役核电机组在内的34个州的核电场址建造了79个干法贮存设施，其中21个处于冻结状态，即没有新的乏燃料可以存入[5]。绝大部分集中在东部，采用运输与贮存双功能装置。为了建设、运行和维护这些乏燃料贮存设施，美国政府已经花费了74亿美元，并将持续增加干法贮存设施的数量，以便将可以外运的乏燃料从在堆水池中转移出来。

(三)乏燃料集中中间贮存设施和最终处置库建造情况。由于尤卡山项目遭到所在地内华达州政府和当地公众的强烈反对，2009年奥巴马政府宣布中止该项目，2010年能源部撤销了相关许可证申请。这导致乏燃料最终处置工作陷入僵局，并使解决核电站乏燃料贮存问题变得更加紧迫。

2019年众议院启动《核废料政策法》修正案，该修正案要求重启尤卡山项目的许可证审批程序，授权尤卡山建成前进行中间贮存，包括由私营企业投资建设集中中间贮存设施，还把尤卡山处置容量上限从7万吨提高到11万吨。特朗普政府期间，政府和国会未就乏燃料贮存采取实际行动。拜登总统上任后，仍面临需要处置乏燃料这一难题。

随着越来越多的反应堆关闭或即将关闭，乏燃料长期贮存需求增加，两家私营公司开始开发位于德克萨斯州和新墨西哥州的集中中间贮存场址，并已向核管会提交了许可证申请。如果核管会按预期批准许可证，这两个核电站乏燃料临时贮存设施最早可于2022年投运。

三、核电站乏燃料运输管理实践

(一)乏燃料运输相关法律法规。美国乏燃料运输是在联邦、州和地方法规和规章的指导下进行的。根据美国1982年《核废物政策法》，对核电站乏燃料运输须获得美国核管会和交通运输部的许可和审管。

能源部部长在依照《核废物政策法》履行职能时，有权同产生或拥有国内来源的乏燃料的任何法人签署关于所有权接收、后续运输乏燃料的合同，合同中规定能源部应支付运输活动的费用。

准备乏燃料运输时，能源部应当按照合同在运输的每一个方面最大限度地利用私营企业，只有当交通运输部与能源部协商后，确定私营企业不能够或不愿意以合理的费用提供这种服务时，能源部才能使用直接的联邦服务设施来进行运输。

在乏燃料运输包装方面，除非使用核管会为此目的已经给予证明的包装，否则能源部不得运输或不得为能源部运输乏燃料和高水平放射性废物。

在运输乏燃料之前，能源部必须遵守美国核管会关于通知州和地方政府的规定，向运输乏燃料拟定通过的辖区所在州提供技术援助和资金支持，包括培训地方政府和相关单位的公共安全官员。

(二)乏燃料运输实践。从20世纪50年代美国开始运输少量不同类型的乏燃料，包括海军核潜艇、研究设施、核电厂乏燃料等，其国内的乏燃料运输一直采用铁路和公路运输模式，海外运输采用海运方式。核管会和交通运输部共同对乏燃料运输的安全实施监管。美国已安全实施了3,000多次乏燃料运输，已安全运输超过3,000tHM乏燃料，一部分运输是为了乏燃料贮存，相同核电业主的不同反应堆间运输乏燃料，另一部分运输是为了建造高放废物贮存设施，需要对乏燃料开展科研活动而将乏燃料运输到研究设施[6]。

2004年，能源确定铁路运输是把乏燃料运送到内达华州尤卡山处置库的首选交通方式，即按照以铁路运输为主、公海铁联运的方式，少量不靠近铁路的核电站产生的乏燃料将通过公路运送到尤卡山处置库。为此，能源部修建了一条长达512公里的卡连特铁路专线，并提出在现有铁路干线和高速公路交汇点修建运营一座铁路至公路运输中转设施，以保证在铁路系统完全运行前支持法定重量卡车的运输。由于尤卡山项目受阻，此运输方案一直没有起动。

(三)乏燃料运输容器研发与管理。乏燃料装载容器能保证长期的正常使用和在极端机械力以及严重事故中产生热负荷条件下能维持高水平的密封效果对于运输至关重要。对乏燃料运输容器的设计、制造、认证和维护的监管要求比大多数其他类型危险材料(如危险化学品)的运输要求严格得多。因此，用于运输乏燃料和高放废物的容器设计要求能够在承受极端的温度和力学条件不会造成集容器的明显损失。美国用于运输乏燃料的B型容器必须经过核管会的认证。申请人(即容器制造商或供应商)必须向核管会证明，容器设计需满足《联邦法典》的测试要求。核管会还要求，运输容器必须使用经批准的质量保证程序去设计和制造，容器将在某种程度上比监管要求更为严重的温度力学条件下生存下来。核管会已经认证了几种在美国使用的乏燃料储存和运输容器设计，这些容器专门为乏燃料贮存和运输而设计。

(四)乏燃料运输组织管理体系。

1.能源部核能办公室。按照能源部、交通运输部以及核管会的规定，能源部核能办公室的运输管理办公室负责美国境内核设施产生的放射性物质运输管理工作。其在乏燃料运输方面的主要工作是：建立一套安全、高效的运输体系，包括运输路线选择、应急响应计划与培训、安全措施保障、运输实际操作、通讯和信息录入等；保证州及部落居民健康及财富的首要前提下，与州及部落政府协作开展运输体系建设；与合作方共同实施运输计划。另外，为应对当前对环境不断增加的威胁，核能办公室建立了一套运输审查程序，对乏燃料运输进行审核、批准并追踪。核能办公室关注的所有运输状态都要在每周运输状态报告中提供给核能办公室主管、核能办公室副主管以及有关的协会主管。为了确保对运输途中的事故或应急进行及时响应，核能办公室可以直接进入能源部的运输跟踪通信系统，该系统是一套基于网络实时货物跟踪和通信系统。

2.核管会。核管会的主要职责是确认、颁发和许可有关乏燃料运输活动、处置、运输容器等废物管理系统的组成内容，包括运输容器的设计、加工要求、运输容器的安全确认及安全性测试(容器装载测试材料后的垂直跌落试验、挤压试验)、受限制使用等，并根据1974年核能监管法和1969年环境政策法的要求进行容器认证的评估；通过安全与安保相结合、运输容器取证、监督和系统监测确保乏燃料运输满足要求；执行环保署制定与环境、核安全与公众健康等有关的法规和技术标准；确认能源部实施运输是否能满足环保署的标准。

3.环保署。环保署的主要职责是制定和发布与环境、核安全与公众健康等有关的法规和技术标准；建立高放废物和乏燃料运输、处置有关活动的辐射防护标准，保护公众及环境安全。运输与空气质量办公室具体负责制定与运输有关的环境保护标准。

4.交通运输部。交通运输部的主要职责是负责乏燃料运输路线的管理，实施运输途中的监管，设置运输标签，制定装载较少量放射性物质货包的运输标准；对获得许可的运输任务，确认运输车辆满足运输法规和导则；要求放射性物质运输的驾驶员必须经过培训，并且每年都要进行培训；要求驾驶员必须完成联邦应急管理局的应急响应课程，以具备事故保护和应急能力。

四、乏燃料贮存与运输管理的相关启示

(一)通过立法明确乏燃料管理策略、管理经费、机构设置与管理职责。美国《核废物政策法》明确了核电站乏燃料采取深地质处置的管理策略；建立了相应的乏燃料处置收费机制，明确了费用征收方法、使用范围等方面的管理要求；建立了相应的管理机构、明确了能源部、核管会、环保署以及交通运输部等部门的管理职责。

(二)乏燃料长期分散的贮存方式不利于乏燃料安全管理。美国已有40台核电机组停运，其中13台已完成退役，这些核电机组产生的乏燃料绝大部分不得不采用场址内干法贮存，作为中间集中贮存设施和深地质层处置库建成前的缓解方案，美国政府还将持续增加干法贮存设施的数量。对于已完成退役的核电站，由于乏燃料仍贮存于核电站场址内，需要配备相应的核安保和核应急措施，场址的完全解控受到限制，这种分散的贮存方式增加了管理成本，不利于乏燃料长期安全管理和退役场址的再利用。

(三)尤卡山高放废物处置库项目在没有得到当地政府和公众同意的情况，投入了大量人财物力。尤卡山高放废物处置库项目一直遭到尤卡山当地公众和所在内华达州政府的强烈反对。2011年，美国政府在耗资120亿美元后，由于地方和州政府反对，项目被叫停，目前也没有重新启动。可以说，美国在核废物问题上花费了大量资金，但还没有找到解决乏燃料最终处置的可行性途径。