放射性廢物和乏核燃料的處理和儲(chǔ)存無(wú)疑是俄羅斯核工業(yè)面臨的重大問(wèn)題之一。整個(gè)行業(yè)，特別是俄羅斯原子能公司，長(zhǎng)期以來(lái)一直在討論所謂“封閉燃料循環(huán)”。從本質(zhì)上講，這個(gè)術(shù)語(yǔ)描述了一個(gè)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，發(fā)電后產(chǎn)生的乏核燃料首先進(jìn)一步進(jìn)行鈾和钚的提取，而后被作為新的燃料重新引入系統(tǒng)?？捎迷氐奶崛】梢酝ㄟ^(guò)幾種不同的方式完成，如傳統(tǒng)的后處理法，或?qū)⒛承┎牧弦肟熘凶臃磻?yīng)堆。雖然俄羅斯原子能公司使用前者作為主要技術(shù)，但后者也在研究。
例如，在VVER-1000反應(yīng)堆中，新的TVS-2M燃料設(shè)計(jì)，取代了舊的UTVS燃料組件。2018年初，伊朗已經(jīng)與JSC TVEL(俄羅斯原子能公司的子公司)達(dá)成協(xié)議，從2020年起向他們的Bushehr-1核電站提供這種新型燃料。印度庫(kù)丹庫(kù)拉姆核電站的首批兩個(gè)VVER機(jī)組也準(zhǔn)備從2021年開(kāi)始使用該類(lèi)核燃料。
傳統(tǒng)的后處理包括將乏核燃料溶解在酸液中，并通過(guò)化學(xué)方法將鈾和钚從其他高級(jí)放射性廢物中分離出來(lái)。從理論上講，這一過(guò)程中產(chǎn)生的鈾和钚可用于生產(chǎn)新的核燃料。作為后處理過(guò)程的副產(chǎn)品，高濃度放射性廢物在歷史上導(dǎo)致了一系列問(wèn)題。盛放酸液的化學(xué)槽被污染，反而使放射性廢物的總量增加。
在俄羅斯，民用核電站乏核燃料的后處理是在烏拉爾南部的馬亞克化工聯(lián)合企業(yè)的RT-1設(shè)施進(jìn)行的。該廠(chǎng)位于車(chē)?yán)镅刨e斯克，附近居住著約100萬(wàn)人。馬雅克化工聯(lián)合企業(yè)最初是為蘇聯(lián)核武器生產(chǎn)钚而建造的。馬雅克于1948年開(kāi)始生產(chǎn)武器級(jí)钚，助力蘇聯(lián)第一顆核彈的生產(chǎn)，并在1949年進(jìn)行了試驗(yàn)。
馬雅克也是1957年鮮為人知的“Kyshtym”核事故的發(fā)生地。當(dāng)時(shí)，儲(chǔ)存數(shù)萬(wàn)噸融解乏核燃料罐子的冷卻系統(tǒng)發(fā)生了爆炸，伴隨產(chǎn)生的放射性云層污染了烏拉爾東部的廣大地區(qū)。Kyshtym核事故的規(guī)模僅次于切爾諾貝利和福島，在國(guó)際地震協(xié)會(huì)的七級(jí)評(píng)分中被評(píng)為6級(jí)。自那次事故以來(lái)，還發(fā)生了幾起不太嚴(yán)重的事故。
馬雅克的RT-1后處理設(shè)施于1977年開(kāi)始運(yùn)行，是目前唯一的民用核燃料后處理設(shè)施。該設(shè)施只能處理來(lái)自VVER-440反應(yīng)堆和比里比諾核電站反應(yīng)堆的乏核燃料，其年處理量為400噸。由于俄羅斯唯一的后處理設(shè)施仍然無(wú)法處理來(lái)自RBMK型反應(yīng)堆的乏核燃料，并且在2016年才開(kāi)始處理VVER-1000型反應(yīng)堆的廢物，因此俄羅斯核電站的大部分(80%至90%)乏核燃料被臨時(shí)儲(chǔ)存在核電站周邊。這些乏核燃料有的儲(chǔ)存在乏燃料池中，有的儲(chǔ)存在中央儲(chǔ)存設(shè)施中，有的儲(chǔ)存在西伯利亞中部熱列茲諾戈?duì)査箍说V廠(chǎng)和化工聯(lián)合企業(yè)的VVER-1000燃料中央儲(chǔ)存設(shè)施里。
從VVER-440中產(chǎn)生的乏燃料經(jīng)再加工用于RBMK反應(yīng)堆，但來(lái)自RBMK的核燃料無(wú)法后處理。這是因?yàn)橹钡阶罱瑢?duì)RBMK乏核燃料的后處理一直被認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)槠滟|(zhì)量和濃縮度都很低。然而，在過(guò)去的幾年里，俄羅斯已經(jīng)取得了技術(shù)上的進(jìn)步，使其有利可圖。目前正在測(cè)試的新方法如果成功，將在熱列茲諾戈?duì)査箍送度胧褂?，那里存放著?lái)自RMBK反應(yīng)堆的乏核燃料。
在20世紀(jì)70年代，人們認(rèn)為后處理的钚將被用于快速增殖反應(yīng)堆，這一技術(shù)在當(dāng)時(shí)看似遙遙無(wú)期。一些國(guó)家擁有大量的钚，他們希望隨著核技術(shù)的發(fā)展，重新將這些钚加以利用。在一些地方，經(jīng)過(guò)特別改造的壓水式反應(yīng)堆可以使用钚燃料運(yùn)行。例如位于貝洛亞爾斯克的BN-600反應(yīng)堆，該反應(yīng)堆最初是作為使用钚燃料的快速增殖反應(yīng)堆。
除了本國(guó)乏核燃料，俄羅斯還在幫助其他國(guó)家處理的乏核燃料。原因是多方面的：其一，俄羅斯可以通過(guò)處理乏核燃料盈利。只有處理過(guò)的乏核燃料，才能滿(mǎn)足在來(lái)源國(guó)存儲(chǔ)的條件。特別是對(duì)于那些境內(nèi)擁有蘇聯(lián)時(shí)代的核反應(yīng)堆的國(guó)家來(lái)說(shuō)，俄羅斯原子能公司是一個(gè)很好的合作伙伴，也是市場(chǎng)上唯一能夠隨時(shí)處理來(lái)自老式蘇聯(lián)反應(yīng)堆乏核燃料的公司。
其二，從老式蘇聯(lián)反應(yīng)堆乏核燃料中可以提取燃料。例如，烏克蘭與俄羅斯簽訂了一份合同，允許烏克蘭將其乏核燃料交付給俄羅斯原子能公司進(jìn)行后處理。烏克蘭有五個(gè)蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的核電站，其中四個(gè)仍在運(yùn)行，總共有15個(gè)運(yùn)行中的反應(yīng)堆。每年，烏克蘭在后處理協(xié)議方面的費(fèi)用約為2億美元。只要該協(xié)議還在履行，烏克蘭就不必為儲(chǔ)存自己生產(chǎn)的乏核燃料而操心。但合同還約定，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，俄羅斯將把后處理產(chǎn)生的玻璃化放射性廢物運(yùn)回烏克蘭，既定時(shí)間最初是2018年。歸根結(jié)底，烏克蘭應(yīng)該準(zhǔn)備好處理和儲(chǔ)存這些材料，包括玻璃化的高濃度放射性廢物，但根據(jù)2018年Bellona的一份報(bào)告，烏克蘭還遠(yuǎn)未準(zhǔn)備好。最近的消息表明，烏克蘭核機(jī)構(gòu)Energoatom將建設(shè)一個(gè)新的綜合體來(lái)儲(chǔ)存國(guó)內(nèi)的乏核燃料。但直到2021年初，該設(shè)施的建設(shè)尚未開(kāi)始。
除了烏克蘭，還有一些國(guó)家亟需乏核燃料后處理。由于目前世界上只有俄羅斯、法國(guó)和英國(guó)三個(gè)國(guó)家擁有商業(yè)反應(yīng)堆乏核燃料的后處理設(shè)施，世界上大部分國(guó)家可能在不久的將來(lái)都會(huì)面臨這一問(wèn)題。俄羅斯原子能公司表示，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出所謂的封閉式燃料循環(huán)，正在運(yùn)行中，盡管它也承認(rèn)，目前的模式遠(yuǎn)非最佳。
幾年前，俄羅斯原子能公司估計(jì)，目前從核后處理中回收的鈾和钚的系統(tǒng)，最多只能回收大約21%的乏輕水反應(yīng)堆燃料。剩下的79%的鈾-238必須被妥善儲(chǔ)存。他們也正在開(kāi)發(fā)新的核燃料循環(huán)，力圖有效利用輕水反應(yīng)堆乏核燃料總能量的77%。然而，目前還不清楚具體進(jìn)展如何。在后處理過(guò)程中，乏核燃料的放射性水平確實(shí)降低了，但廢物的總量卻增加了。俄羅斯原子能公司實(shí)現(xiàn)封閉式燃料循環(huán)的項(xiàng)目被稱(chēng)為“Proryv”，意為“突破”。根據(jù)公司總干事利哈喬夫的說(shuō)法，這項(xiàng)技術(shù)需要像BN-800或BN-1200這樣的快中子反應(yīng)堆。利哈喬夫在2017年9月底表示，俄羅斯在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，而MBIR(多用途鈉冷快中子反應(yīng)堆)正在開(kāi)發(fā)中。
正在德米特羅夫格勒建設(shè)的MBIR將是朝著“Proryv”項(xiàng)目邁出的一步。俄羅斯原子能公司將為MBIR建造一個(gè)核燃料生產(chǎn)設(shè)施，即位于西伯利亞化工廠(chǎng)的布列斯特OD-300反應(yīng)堆。該項(xiàng)目包括一個(gè)燃料生產(chǎn)/再加工模塊，用于生產(chǎn)高密度鈾钚;一個(gè)帶有BREST反應(yīng)堆的核電站;以及一個(gè)舊燃料回收模塊。BREST-OD-300的核電站將成為實(shí)驗(yàn)性能源綜合體的一部分。試驗(yàn)性能源綜合體的一部分，即ODEK，正在建設(shè)。整個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2026年竣工。
在2017年于倫敦舉行的世界核協(xié)會(huì)研討會(huì)上，柳德米拉-扎利姆斯卡婭介紹了俄羅斯原子能公司目前正在開(kāi)發(fā)的封閉式核燃料循環(huán)的三種方案，其中提及的Tenex公司是俄羅斯原子能公司的核燃料循環(huán)產(chǎn)品供應(yīng)商。
第一種方案是在現(xiàn)有的核電站中回收鈾和钚。鈾用于RBMK反應(yīng)堆，钚用于BN-800快速反應(yīng)堆。第二種方案是所謂的REMIX核燃料循環(huán)。REMIX燃料直接由來(lái)自舊燃料后處理的未分離的回收鈾和钚混合而成，可以用于輕水反應(yīng)堆。使用過(guò)的REMIX燃料可以反復(fù)進(jìn)行再加工和循環(huán)利用。第三種情況是一個(gè)由兩部分組成的核電系統(tǒng)，包括輕水反應(yīng)堆和快速堆。在這種情況下，來(lái)自輕水反應(yīng)堆的舊燃料經(jīng)過(guò)后處理，鈾在同一反應(yīng)堆中循環(huán)使用，钚則在快速堆中循環(huán)使用。扎利姆斯卡婭補(bǔ)充說(shuō)，俄羅斯準(zhǔn)備向沒(méi)有此類(lèi)技術(shù)的國(guó)家提供從燃料供應(yīng)到廢燃料再處理的“全套服務(wù)”。她補(bǔ)充說(shuō)，乏核燃料的數(shù)量將繼續(xù)增加，到2050年全世界將達(dá)到約100萬(wàn)噸。她說(shuō)，從這些廢舊燃料中提取的鈾和钚將足以為至少140個(gè)1GW輕水反應(yīng)堆提供60年的燃料。“考慮如何將今天的負(fù)擔(dān)變成寶貴的資源是有意義的”。
簡(jiǎn)而言之，俄羅斯原子能公司在全球范圍內(nèi)展開(kāi)核電站的競(jìng)標(biāo)，可能進(jìn)一步為其建造的反應(yīng)堆爭(zhēng)取燃料再處理合同。他們直言不諱，后處理是實(shí)現(xiàn)核物質(zhì)的與自然界的交換，最終還會(huì)向自然界歸還他們從中獲取的放射性物質(zhì)。
