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放射性废物去哪儿了?
上海精博工贸有限公司   2016-11-02 09:30:19 作者:SystemMaster 来源: 文字大小:[][][]

1991年中国首座核电站——浙江海盐秦山核电站并网发电以来,中国核电事业在十几年间获得了飞速发展。随着我国核电站数量的增加,东部经济发达地区能源短缺的巨大压力得到了有效缓解,但这些核电站在发电的同时也产生一定数量的放射性废物。

目前我国核电站每年产生约2000立方米的中低水平放射性废物和600吨乏燃料,预计到2020年这些放射性废物和乏燃料的积存量将分别达到3万立方米和1万吨。放射性废物的处理和处置问题日益成为公众关注的焦点。

从技术层面来看,放射性废物主要分为高、中、低水平放射性三类。高水平放射性废物(简称高放废物)主要包括核燃料在发电后产生的乏燃料本身及其经处理后的含有大量裂变产物和超铀核素的废物。中、低水平放射性废物(简称中、低放废物)一般包括核电站的污染设备、运行时的水化系统、交换树脂、废水废液和手套等劳保用品。中、低水平放射性废物和高水平放射性废物的处置方法各有不同。

中低放射性废物如何处置?

我国对中、低水平放射性废物严格按照国家标准和国际原子能机构的要求处理,不论是固体的还是液体的,都要进行稳定化处理,最终填埋到专设的近地表处置设施里。

从国内外的实践看,中、低水平放射性废物处置技术非常成熟可靠。目前,我国已建成两座中、低水平放射性废物处置设施,分别位于甘肃玉门和广东大亚湾附近的北龙。

甘肃玉门的西北处置场位于原核工业404厂厂区内,404厂为我国最早的核工业基地之一。广东北龙处置场始建于1998年,于2000年建成,位于大鹏半岛排牙山东侧的一条低缓的小山梁上,距大亚湾核电站5公里,距岭澳核电站4公里,占地近21公顷,设计总处置容量为8万立方米,主要接收和处置广东省核电站产生的中、低水平放射性固体废物。

这两个中、低水平放射性废物处置场均属于近地表废物填埋处置设施,西北处置场位于地表之下,距离地表有10~20米;北龙处置场是一个近地表坟堆式的处置设施。一个中、低水平放射性废物处置场一般需要有300~500年的隔离期。

高放射性废物如何处置?

高水平放射性废物主要是指乏燃料本身或者乏燃料经后处理产生的高放废液玻璃固化体。

高放废物含有那些在裂变反应过程中产生的包括长寿命裂变元素和超铀元素在内的放射性核素,它们的放射性需要数万年才能衰减到对人类无害的程度。同时,这些核素中有的化学毒性也很大,例如10毫克钚可使一人致死。

一座典型的100万千瓦核电站一年产生20余吨乏燃料和65~100立方米中、低放废物。乏燃料一般先暂存在核电厂自建的水池内,水可以吸收并导出乏燃料产生的大部分残余热量(衰变热)。每个水池一般可以贮存核电站10年运行所产生的乏燃料,贮存期满后再将其转运到集中的深地质处置库进行处置或者专门的乏燃料贮存设施进行贮存,等待后处理。稳定化处理后的中、低放废物先送与核电站配套的专用放射性废物库暂存,然后再转运到就近的区域处置场或者国家指定的处置场进行处置。

在过去30年里,美国运行有100多个核反应堆用于发电,目前美国核电站产生的乏燃料共有4.5万吨,并且正以每年2000吨的速度增加。德国核电站、实验室及医学机构每年产生20万立方米放射性废物。与美德等国相比,中国的乏燃料处理和处置还没有到最危险的时候

当前,我国共有22个核电机组投入商运,每个核电机组每年大概产生22吨乏燃料,但其中两个重水堆每年大约产生200吨乏燃料。因此,我国核电站每年大概要产生500~600吨乏燃料。早期投运的核电机组乏燃料贮存压力已经逐渐凸显出来,据专家推测,中国乏燃料贮存的压力会在2030年前后出现,那时,核电站产生的乏燃料每年将达3200吨左右。

相对于中、低放废物处置而言,高放废物处置的技术难点更多。目前看来,唯一在工程技术上可行、安全上可控的是深地质处置。

所谓深地质处置,简单地说就是深层填埋。地质处置库是一个矿山式的地下工程,距地表500~1000米深。为了保障核素不会向外迁移,必须设置层层屏障。首先将乏燃料用耐腐蚀的金属罐进行密封或者将后处理的高放废液进行玻璃固化,再将玻璃固化体装入金属罐内。在处置库中再在这些废物罐周围充填缓冲材料。同时还要找到一块巨大的天然岩体或地层做处置库的天然屏障。

处置库的主要功能就是永久地隔离高放废物。处置库由多重屏障组成,能有效地阻挡高放废物中放射性核素的迁移。首先是工程屏障,乏燃料的燃料芯块本身就是烧结陶瓷材料,不易弥散,这些芯块又装在锆合金管内构成一组乏燃料,处置前乏燃料又被装入金属罐内,而乏燃料经后处理已经变成玻璃固化体的高放废物,被放在金属废物罐内,外面均还有40~50厘米厚的外包装,用钛钢、不锈钢或铜制成。这些工程屏障都可以屏蔽射线,阻挡高放废物中的核素泄漏。最外面的一层缓冲材料一般选用天然材料(如膨润土),一遇到水就膨胀,并且能够阻挡外面的水进入和里面的放射性核素泄露出来。其次经过精心选择的位于稳定地质体中的花岗岩或粘土岩是处置库的天然屏障。

为避免对当地环境造成不良影响,高放废物必须经过严格的处理,如被制成玻璃化的固体,然后被装入可屏蔽辐射的金属罐中,最后将这些金属罐放入位于地下500~1000米的处置库内。由于高放废物含有寿命很长的放射性核素,在选择处置库时必须确保其地质条件能够保障处置库至少在1~10万年内的安全。

为核电站提供核燃料的铀矿矿藏一般都蕴藏在断层较多、地质条件不稳定的地区,但是只要不开采,这些铀矿床并不会对地表环境造成什么影响。放射性废物处置库建设在一个没有地质断层,地壳运动稳定的地方,深度比铀矿床要深很多,周围又设有层层的工程屏障,使其与外部环境相隔离。

既然与地表隔离条件不好的铀矿床都不会对地表环境造成什么影响,那么专门建设的放射性废物处置库必然比天然的铀矿床更加安全。而这已经经过了大量的工程研究证实。

本文转自微信公众号核与辐射安全

 
 

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