核電廠放射性廢物是什么歸宿

2016/12/28 10:38:18

放射性廢物能不能安全、妥善地處置呢？輻射危害有多大？能否防護(hù)？防護(hù)措施有保障嗎？這是很多人所關(guān)心的問題。

核能開發(fā)利用和其他工業(yè)活動(dòng)一樣，均不可避免地產(chǎn)生廢物。以法國為例，法國是個(gè)工業(yè)化國家，也是核電和核工業(yè)最發(fā)達(dá)的國家之一，核電占總發(fā)電量70%以上，有完整的核工業(yè)體系。法國產(chǎn)生廢物量折合成人均為：工業(yè)廢物3000千克/年，有毒廢物100千克/年，放射性廢物1千克/年（包括高放廢物10克）。也就是說，核工業(yè)和核電高度發(fā)達(dá)的法國，有毒廢物約占工業(yè)廢物的3.3%，放射性廢物只占工業(yè)廢物的萬分之三點(diǎn)三。而高放廢物又只是放射性廢物的1%，可見放射性廢物量是很小的。其他國家的核電地位遠(yuǎn)達(dá)不到法國的程度，它們的放射性廢物占工業(yè)廢物的比例會(huì)更小。

核能開發(fā)等活動(dòng)產(chǎn)生的放射性廢物，從體積上看，95%以上都屬于低、中放廢物，其所含的放射性核素最終被固結(jié)在固化體中，封裝在包裝容器內(nèi)之后，選擇好地方，把它們埋藏在專門的混凝土構(gòu)筑物內(nèi)，即低、中放廢物處置場(chǎng)。處置場(chǎng)的底部做過很多的處理，有承重、防滲、集水、吸附放射性核素等功能。

上面覆蓋幾米厚的覆蓋層，包括混凝土蓋板、卵石層、沙土層、黏土層等，夯實(shí)之后還要種上植被。這樣精心設(shè)計(jì)和建造的構(gòu)筑物，能夠防止深根植物、嚙齒動(dòng)物、穴居動(dòng)物的闖入和人的挖掘活動(dòng)。幾十年之后，即使廢物包裝容器老化或破損，多數(shù)放射性核素只是被吸附在周圍的土壤中。

核工業(yè)界對(duì)低、中放廢物處置場(chǎng)從選址、設(shè)計(jì)、建造到關(guān)閉，以及關(guān)閉之后的監(jiān)護(hù)和監(jiān)督都作了精心的安排�，F(xiàn)在，世界上已建造了一百多個(gè)低、中放廢物處置場(chǎng)。我國已在甘肅、廣東和四川建造了3個(gè)低、中放廢物處置場(chǎng)。實(shí)踐證明，這種按照國際通用標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的處置場(chǎng)，對(duì)低、中放廢物實(shí)行安全隔離是有保障的，可以保障人類和環(huán)境安全的。

有人把高放廢物看作老虎，提起高放廢物，就“談虎色變”。老虎會(huì)吃人，但把老虎關(guān)在鐵籠中是安全的，在動(dòng)物園沒有誰會(huì)擔(dān)心老虎吃人的問題。如果把高放廢物裝在“鐵籠”中，再把鐵籠禁錮在“地牢”中，高放廢物不也就安全了嗎？

媒體上經(jīng)常提及的核廢料實(shí)際上被核工業(yè)界稱為乏燃料（spentfuel），即從核電等反應(yīng)堆內(nèi)卸出且不再使用的核燃料，通俗來講就是使用過的核燃料（usedfuel）。對(duì)于那些將乏燃料不再進(jìn)行處理，而是直接處置的國家而言，乏燃料則被視為高放廢物，如瑞典、芬蘭、加拿大等。對(duì)于那些將乏燃料還要進(jìn)行處理的國家而言，乏燃料就不是高放廢物，而被視為一種資源，如法國、英國、俄羅斯、日本、印度等。當(dāng)然，我國也是采用乏燃料后處理的國家之一。后處理就是對(duì)乏燃料進(jìn)行剪切與溶解、去污、分離、純化回收等步驟，通過這些步驟處理乏燃料不僅可以大幅提高鈾資源利用率，更重要的是還可以大幅減少廢物體積。

每座核電站都建有乏燃料貯存水池，自身反應(yīng)堆卸出的乏燃料會(huì)暫時(shí)貯存在這個(gè)水池中。經(jīng)過5～8年的貯存衰變后，乏燃料的放射性和衰變熱均有大幅降低，然后再用專用乏燃料運(yùn)輸容器將其轉(zhuǎn)運(yùn)到后處理廠的乏燃料貯存水池內(nèi)存放，等待后處理。

裂變反應(yīng)產(chǎn)生的放射性核素雖有百余種，但是，大多數(shù)核素的壽命比較短，由于不斷衰變，大多數(shù)核素逐漸變成了無害物質(zhì)。廢物處理中必須重視那些長壽命核素（如镎-237、钚-239、锝-99、碘-129等）。乏燃料經(jīng)過處理后，將其中的鈾、钚材料與裂變產(chǎn)物等實(shí)現(xiàn)分離，分離凈化后的鈾、钚材料可以再利用，含有裂變產(chǎn)物、次錒系和超鈾元素的廢液經(jīng)濃縮處理后形成高放廢液，高放廢液與玻璃體熔融在一起，注入專用的不銹鋼容器內(nèi)形成玻璃固化體，即所謂的高放廢物，貯存一段時(shí)間后，等待最終的深地質(zhì)（通常認(rèn)為大于300米的地下場(chǎng)所）處置。把這些乏燃料和高放廢物存放在穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造中人工建造的地下儲(chǔ)存庫（repository）是一種可行的方案，這便是高放廢物的最終處置方式，即深地質(zhì)處置。在深地質(zhì)處置中，盛放在容器中的乏燃料或高放廢物被以某種方式密封，存放在隧道里，如圖3所示。

如上所述，乏燃料后處理產(chǎn)生的高放廢液經(jīng)玻璃固化處理后，能使放射性核素轉(zhuǎn)移到固化基質(zhì)的分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中或分子結(jié)構(gòu)的骨架上，難以被溶解出來，這就像“老虎關(guān)進(jìn)了籠子”一樣。玻璃固化的高放廢物封裝在特制的容器中，這種容器是用非常耐腐蝕的高級(jí)合金鋼或銅等材料制造的。處置的時(shí)候，固化容器的周圍還要填充吸附性能好的膨潤土材料，這樣構(gòu)成了多道“人工屏障”。除此之外，還有優(yōu)良的“天然屏障”。高放廢物庫建在幾百米深地下的穩(wěn)定地質(zhì)層內(nèi)（如花崗巖、粘土巖、鹽巖等），其選址在既沒有裂隙、斷層、地震和火山活動(dòng)，也沒有礦藏和地下水流過的地質(zhì)體。地質(zhì)構(gòu)造具有良好的阻滯放射性核素遷移和擴(kuò)散的能力，可以起到有效隔離放射性核素的屏障作用。這樣構(gòu)筑的“地牢”可謂是“固若金湯、堅(jiān)不可摧”。幾千年甚至萬年以后，即使有個(gè)別核素“破籠而出”，一路上被吸附、滯留、稀釋、擴(kuò)散和離子交換，僥幸逃跑出來的放射性核素，行進(jìn)的速度也是非常緩慢，當(dāng)它們到達(dá)人類生活環(huán)境的時(shí)候，也已衰減到無害化水平了。

除了高放廢物的深地質(zhì)處置路徑之外，分離－嬗變也是一種正在開發(fā)研究的技術(shù)。簡單說就是用中子去打那些放射性原子核，人工誘導(dǎo)把長壽命核素轉(zhuǎn)變成短壽命核素或穩(wěn)定同位素。分離－嬗變技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：一是使長壽命廢物嬗變成短壽命廢物，大大降低放射性毒性，大大減輕深地質(zhì)處置的負(fù)擔(dān)；二是實(shí)現(xiàn)清潔能源，促進(jìn)核能可持續(xù)發(fā)展；三是提高鈾資源利用率。相信不久的將來，這項(xiàng)技術(shù)可達(dá)到工程示范的規(guī)模，實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

有人擔(dān)心乏燃料和高放廢物的衰變熱問題，的確，當(dāng)反應(yīng)堆停堆時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)也隨之停止，但由于裂變產(chǎn)物的衰變，乏燃料仍然會(huì)釋放出大量的熱量，衰變放出的熱功率大約是核反應(yīng)堆穩(wěn)定工作時(shí)功率的7%。但當(dāng)反應(yīng)堆停堆1小時(shí)以后，衰變熱功率約為穩(wěn)定工作時(shí)功率的1.5%；一天以后變?yōu)?.4%；一周后變?yōu)?.2%。衰變熱隨時(shí)間會(huì)繼續(xù)減小。

美國很多核電站卸出的乏燃料也是先存放在反應(yīng)堆旁的水池內(nèi)，經(jīng)過一段時(shí)間的冷卻后，乏燃料被轉(zhuǎn)移到干式貯存庫存放，這樣的貯存方式僅依靠自然冷卻即可保證乏燃料的溫度不會(huì)升高，實(shí)現(xiàn)自然的熱平衡。當(dāng)然，乏燃料或高放廢物在未來的深地質(zhì)處置庫內(nèi)存放，其衰變熱的導(dǎo)出以及實(shí)現(xiàn)自然的熱平衡也是設(shè)計(jì)考慮的因素之一，經(jīng)過試驗(yàn)?zāi)�擬和程序計(jì)算，乏燃料和高放廢物的衰變熱對(duì)其本身、包裝材料、回填材料和巖體的影響極有限，完全可控。