轻水反应堆（包括压水堆和沸水堆）燃料中铀-235含量为3%～5%，即低浓缩铀。生产1吨铀-235含量为3%的低浓缩铀，需要5.5吨天然铀原料，其余这4.5吨贫化铀中的铀-235比例则下降到0.2%左右，没有工业价值。

美国北卡罗来纳州布朗斯维克核电站乏燃料池里的能源组件，被至少7米深的水覆盖。

乏燃料循环后放射性废物大减

当核燃料中的铀-235“烧”到一定程度，剩下的易裂变材料不足以继续提供稳定的能量输出，导致反应堆发电功率下降，这时的核燃料就成了乏燃料。所以，要在这个节点之前停止反应堆运行，把烧“乏”的燃料从反应堆中卸出来，再换上一部分新的燃料接着发电。如果按“一次通过”法处理，整个核循环周期铀资源综合利用率只有0.6%左右，和全球水资源境况一样——总量不低，能用的淡水却没多少。

重水堆对铀-235含量要求不高，直接用天然铀作燃料就能正常发电，铀资源利用率比轻水堆高38%。相应地，乏燃料中剩下的易裂变核素很少，目前没有回收价值。这也是以重水堆为主力的加拿大不回收乏燃料的原因之一。

乏燃料的大致组成，是95%的铀、4%的裂变产物和1%的钚，绝非废料。如果把乏燃料中的铀-235“榨”出来重新回到反应堆作燃料，一次循环就可节约天然铀15%～20%；如果随裂变反应生成的钚239也一并回收复用，则一次循环可节约35%～40%的天然铀，相当于把铀资源的综合利用率提高到0.8%以上；反复循环利用的话，甚至可以达到1%，效率比开式核循环提升了2/3。此外，核反应产生的镎、镅、锔等超铀元素，以及可用作商用放射源的裂变产物，如铯-137、锶-90等，也具有回收价值。

经过后处理工序，乏燃料中真正沦为高放射性废物的只剩不到4%，既减少了资源占用，又提升了核废料的安全性。

核电占比超七成的法国，有17%的电力是从乏燃料中回收复用的核燃料发出来的，其商用乏燃料后处理及再循环工业无论规模、工艺成熟度、技术先进性，都是全球的楷模。

作为“旗舰级”核燃料循环厂，法国阿格厂的乏燃料后处理能力约为1700吨/年，满负荷运行可承担90～100台百万千瓦级核电机组的后处理需求，不仅为法国本土所用，还接日本、西班牙、瑞典等国的“国际订单”。

快堆：用好另外99%的铀

有人可能会问，这后处理也不过是把铀资源利用率提高到1%，还是没有质的提升啊。这个难题，要留给未来的快中子反应堆来解决。

中子，是组成原子核的基本粒子之一。在核反应堆中，它负责像子弹一样地轰击铀-235，从而启动和维持核反应。中子的运动速度有快有慢，铀-235只喜欢速度为2.2公里/秒的慢中子，也叫热中子。前面说的轻水堆和重水堆，都是靠热中子来运转的。然而，天然铀中那99%的铀-238却十分喜欢速度高达1.4万公里/秒的快中子。它吸收一个中子后先变成不稳定的铀-239，很快又衰变成另一种易裂变核素钚-239，其裂变反应释放的能量比铀-235还大。

核反应过程中，易裂变核素在同一时间内的产生量与消耗量之比，叫做转换比。轻水堆的转换比约0.6，重水堆为0.8。而快堆的转换比大于1，也就是说燃料越烧越多。这样一来，天然铀资源的利用率一下就跃升到60%～70%，比走“一次通过”路线的压水堆高100倍。

快堆的这个特性，让全球可利用的铀资源大大扩展，热中子堆产生的乏燃料、铀浓缩用剩下的贫化铀尾料以及原本因铀-235含量过低而没有开采价值的部分天然铀矿，一下子都有了用武之地。

在考虑核电增长的情况下，如果全以热中子堆计算，现有的廉价铀资源只能满足人类50年左右的核电需求。而如果都以快中子堆计算，这个“续航”能力可以立翻50倍！

遗憾的是，虽然实验性快堆已有相当长的运行经验，但商业化尚未成熟。不过，快堆可以有效地将热堆产生的长半衰期核素转化成短半衰期核素，所以继续发展还是很有必要的。