英国库勒姆氚去污设施重新启用 退役材料处置成本最高可降十倍

维度网讯，英国原子能管理局（UKAEA）在库勒姆的材料氚去污设施（MDF）完成欧洲联合环（JET）退役材料的氚去除试验。经处理，钨、铍、Inconel 合金、钢、铜和碳纤维复合材料等物料有望由中放废物转为低放废物，处置成本最高可下降十倍。

JET 最后三年的等离子体运行中，氘-氚实验使残余氚滞留在托卡马克器壁和内部部件中，显示该同位素在高功率聚变运行期间会向材料内部渗透。材料中滞留的氚总量以及热处理能脱除的比例，是 JET 退役与再利用（JDR）计划制定废物管理策略的核心依据。

UKAEA 废弃物处理团队通过回收氚，可降低上述材料的处置成本。它们从 JET 拆除时原本划分为中放废物，除氚后转入低放废物类别，处置费用最高可下降十倍，其中一部分甚至具备重新投入未来聚变或裂变装置使用的条件。

2024 年底从 JET 取下的瓦片和部件在试验中无需预先拆解即可直接处理，混合材料流也能同步进入流程，模拟出工业规模处理设施的实际工况。

为脱除滞留氚，MDF 炉内材料在严格抑制氧化的受控条件下被加热到高温。减少氧化有助于提升工艺效率、降低维护工作量，并保障过程安全高效。反应生成的氚随工艺气流离开炉膛，经催化剂转化为含氚水，完成集中捕集。炉体冷却后，取出热处理产物并进行破坏性采样分析。

作为热处理的补充，来自 JET 的克级样品也在分析中，用以测定其他放射性核素的浓度，并量化处理后材料中残存的氚量。

JET 退役与再利用项目废物主管 Xavier Lefebvre 表示，成功处理这些样品为团队提供了以前无法获得的证据，能够更可靠地掌握 JET 材料特性及其长期管理挑战。这些认识可能从根本上影响 JDR 的废物管理策略，减少不确定性，使废物处理、包装、处置路线和退役规划等决策更加合理，同时有望呈现更适度的废物管理方案，并加深对长期负债的理解。他补充说，这是创新、科学雄心与运营实践相结合的例证，既惠及当前项目，也为未来聚变退役积累经验。

UKAEA 称，MDF 将清除材料中滞留的氚，压减需要在现场专业管理的高活性废物体积。除处理自有遗留废物外，该设施也向从事废物与材料管理前沿研究的公司和组织开放。

JET 是托卡马克聚变装置，甜甜圈状真空室中，气态氢燃料在极端高温高压下转变为等离子体，带电粒子由外围大型磁线圈塑形与约束，避免与器壁接触。JET 是唯一能够运行氚燃料的托卡马克装置，也是正在法国南部建设的多国国际热核聚变实验堆（ITER）项目的重要预研设施。该装置由欧洲研究人员共同建造和使用，当前归 UKAEA 所有，运营末期亦由 UKAEA 负责，28 个欧洲国家的科学家经 EUROfusion 联盟协调，利用它探索无碳聚变能源的潜力。1997 年，托卡马克完成首次氘-氚实验。

JET 使用氘和氚燃料的最后一轮实验于 2023 年 8 月至 10 月持续七周，同年 12 月执行最后一次脉冲后退役。该轮聚变实验产生的能量为历次之最，刷新了 2021 年的纪录。按 JDR 计划，UKAEA 正对 JET 实施早期退役与再利用，工作预计持续至约 2040 年，期间也将为开发未来聚变技术与技能提供平台。