美国尤卡山高放废物处置库准备工作取得重大突破
高放废物的处理处置
区与废物贮存区向位于地下贮存库远端的排气竖并排泄。
（2）常规凿眼爆破掘进用无轨柴油机动力设备，这是机械性能和灵活性都很理想的设备。
（3）贮存区的规模由岩石最佳运输距离及通风系统的要求确定。
（4）据计算，在地下贮存库使用期限内，距贮存室200m外的岩石保持正常的环境温度。
因此，竖井位置应在贮存区外200m 以上。
（5）所有主巷道在掘进时都要为贮存库区涉及的环境岩石进行现场调查工作提供通行条件。
此外，后退式开挖系统可把实验贮存区的位置设在贮存库的排气端。
图1.废物处置中心配置示意图2.2.2层状盐岩处置基岩区处置废物的一些困难可采用层盐矿层贮存法来解决。
以天然盐层作放射性废物存放库的优点是：盐矿易开挖，随着时间的推移，可塑性形变将密封整个的废物罐。
由于盐的可塑性，因而盐层基本上是不透水的，稳定的厚盐层的存在，本身就证明没有来自地下水的侵蚀。
盐的分布很广、储量丰富，美国大约有1.3×106km2，储量达6×1013t以上；与其它岩型比较，其工程成本较低、导热性良好；世界各地的岩盐层多位于低地震活动区；盐的耐压强度与混凝土相似，即大约为20MPa。
理论和实验结果均表明，盐岩作为γ射线的吸收剂大致与混凝土相同；厚约1.5m 的固体盐层或2.25m的碎盐层(假定含1/3空隙)将有足够的放射性屏蔽作用。
因此，把废物罐放置在底板下孔穴中并用盐回填，可使得工作人员进入盐矿库房不受辐射伤致裂变(γ，f)反应进行嬗变。
3.2.3 用加速器驱动次临界装置(ADS)嬗变ADS是中能强流质子加速器与次临界反应堆耦合的装置。
所以，ADS是利用反应堆和加速器合作来完成嬗变。
ADS主要包括三大部分：（图2）。
(1)驱动器。
可用作驱动器的加速器有两类：①直线型中能强流质子加速器，体积庞大(要几百米长)，投资高；②回旋型中能强流质子加速器，体积小，投资较低，但质子能量和束流强度受限制多。
(2)散裂中子源。
散裂中子源是中子产生器，可选用铅、钨、铋、钽、铀等重金属作为靶材料。
高放废物地质处置_进展与挑战
[收稿日期] 2007-08-18[作者简介] 王 驹(1964-),男,江西遂川县人,核工业北京地质研究院研究员,博士生导师,主要从事高放废物地质处置方面的研究与教学工作,E -mail:radwaste@public .bta .net .cn高放废物地质处置:进展与挑战王 驹(核工业北京地质研究院,北京100029)[摘要] 随着我国核能事业的飞速发展,高水平放射性废物的处理和处置,即将成为一个重大的安全和环保问题。
在介绍国内外进展的基础上,重点讨论了高放废物地质处置面临的挑战:处置库场址地质演化的精确预测、深部地质环境特征、多场耦合条件下(中(高)温、应力作用、水力作用、化学作用、生物作用和辐射作用等)深部岩体、地下水和工程材料的行为、低浓度超铀放射性核素的地球化学行为与随地下水迁移行为及处置系统的安全评价。
[关键词] 高放废物;地质处置;地下实验室;科学挑战[中图分类号] T L942+21 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742(2008)03-0058-081 前言随着我国核能事业的飞速发展,高水平放射性废物(简称高放废物)的处理和处置,即将成为一个重大的安全和环保问题。
这体现在最终如何安全处置核电站乏燃料后处理产生的高放废物、核武器研制和生产过程中业已产生的高放废物,以及我国存在的某些现阶段不准备后处理的乏燃料。
对高放废物的安全处置,是落实科学发展观、确保我国核能工业可持续发展和环境保护的重大问题,同时,这也是一个与核安全同等重要的问题。
在技术层面,高放废物处置的研究和开发还存在一系列难题,还需要坚持不懈的努力;在社会层面,则存在一些需要认真解决的重大社会学难题。
西方国家的核能开发情况表明,安全处置核废物,尤其是高放废物,已成为制约核能工业可持续发展的最关键因素之一。
我国高放废物地质处置研究起步于1985年,当时只开展了跟踪性的研究。
近年来,在国防科工委的支持下,我国高放废物地质处置库选址、场址评价和核素迁移研究工作取得了一定的进展。
高放废物深地质处置 (2)可修改文字
四、高放废物深地质处置选址要求
(4)地质环境和水文地质环境的物理－化学特征 和地球化学特征应有助于限制放射性核素由处置 设施向周围环境的释放； (5)场址及其附近的现有的和未来的人类活动会 影响处置系统隔离能力和导致不可接受的严重后 果，这种活动的可能性应该减少到最低程度。
五、地下实验室建设
地下研究实验室是开发最终处置库必不可少的关 键设施,在开发过程中起到下列作用: a. 了解深部地质环境和地应力状况,获取深部岩石 和水样品,为其他研究提供数据和试验样品; b. 开展1∶1工程尺度验证试验,在真实的深部地质环 境中考验工程屏障的长期性能; c. 开发处置库施工、建造、回填和封闭技术,完善概 念设计,优化工程设计方案,全面掌握处置技术,并估 算建库的各种费用; d. 开发特定的场址评价技术及相应的仪器设备,并验 证其可靠性;
3、废物处置系统应能提供足够长的安全隔离期。中、 低放废物的隔离期不应少于 300年；高放废物和超铀 废物的隔离期不应少于 10 000年。
高水平废物处置方案
• 地表或近地表工程贮存 • 地质处置场 • 深井处置 • 海床底层处理 • 冰盖处置 • 宇宙处置 • 废物分离
–将经济上有用的核素回收再生 –对长寿命核素进行分离与嬗变
核工业十一五发展规划》，到2020年，我国核电装 机容量将达到4000万千瓦，全国一年产生的中低放 废物将达到4000立方米，高放废物将达1000吨。
放射性废物安全处置原则
1、废物处置设施的设计应贯彻多重屏障原则（由两 道或两道以上独立屏障组成的系统，将废物与人类环 境相隔离。它包括废物体、容器、其他工程屏障、安 放介质及其环境。）
法国处置库概念设计图
比利时处置库概念设计图
七、我国处置库研究进展
核废料的处理
核废料的处理核电大建设席卷中国沿海和内陆，涉及重大安全的核废物处置环节却在核电产业链上留下空白。
中国对于核电的规划正在不断刷新数字。
在2007年的《核电中长期发展规划(2005-2020年)》中，2020年核电装机容量为4000万千瓦，根据正等待国务院批准的《新兴能源产业发展规划》，这一数字将被改写为8600万千瓦。
截至9月底，国务院已核准34台核电机组，装机容量3692万千瓦，其中已开工在建机组达25台、2773万千瓦，是全球核电在建规模最大的国家。
作为中国核工业北京地质研究院副院长，王驹有一个特殊的使命——研究高放射性核废物地质处置。
核能虽是清洁能源，但其产生的废物不仅不清洁，甚至非常危险。
根据放射性的不同，核废物分为高放废物和中低放废物。
其中，反应堆用过的核燃料称为乏燃料，具有极高放射性，核电站使用过的工作服、手套、废弃退役的仪器设备等则属于中低放废物。
尽管乏燃料只占废物的1%，但却对人体危害极大。
其中一种被称为钚的核素，只需摄入10毫克就能致人死亡。
王驹告诉《瞭望东方周刊》，根据规划，我国2020年建成的70个反应堆，加上当时在建的30个反应堆，全寿期(60年)产生的乏燃料将为14 万吨。
而目前，由于中国的高放射性核废物的处置研究还属于初级阶段，所有的乏燃料都暂存在核电站自建的硼水池中，急切等待一个永久性的处置库安身。
处置核废物最好的办法便是让它们“ 入土为安”。
“简单说就是：挖个坑，把废物埋进去，然后封起来。
”王驹说。
中国对中低放废物已经有了较为成熟的处置技术，不论是固体核废料还是液体核废料，都先进行固化处理，然后装进200升的不锈钢桶，放在近地表的处置库。
目前，中国已建成了两个中低放废物处置场：位于甘肃玉门隶属于中国核工业集团的西北处置场、位于广东北龙由中国广东核电集团建造的华南处置场。
高放废物的处置则是一个世界性难题。
乏燃料中的众多放射性元素都拥有数以万年计的半衰期，长的约为210万年，短的也有近500年。
高放废物安全处置
法律法规细则
联合国核安全公约
监管要求
规定了高放废物的处置标准 和程序
强调了对高放废物处置过程 的监督和管理
国际基准
明确了高放废物处理的技术要 求和安全标准
国际合作
各国之间开展合作，共同研究高放废物的安全处置技术 和经验交流，共同应对核废物处理带来的挑战。通过国 际合作，可以促进技术创新和资源共享，提高高放废物 的处置效率和安全性。
再处理
提取核材料
01 再利用
减少废物
02 资源循环
降低辐射
03 毒性减少
技术比较
隔离 容器密封、效果明显
深层处置 岩层屏障、风险评估
固化 块状固态化、释放控制
再处理 物料提取、废物减量
● 03
第三章 国际高放废物安全处置 现状与趋势
欧洲高放废物安 全处置
欧洲各国正在积极推进高放废物安全处置项目， 如芬兰的'奥利基尔托地下处置项目'，以及瑞典 的'弗斯马克地下处置项目'。这些项目都采用先 进的技术和严格的安全措施，为高放废物的处 置提供了有力保障。
国际高放废物安全处置现状
芬兰 奥利基尔托地下处置项目
瑞典 弗斯马克地下处置项目
美国 尤卡山山脉深层地质处置项目
日本 六十石地下处置项目
亚洲高放废物处置项目
日本 六十石地下处置项目
技术发展 亚洲
中国 旅顺高放废物处置项目
● 04
第四章 高放废物安全处置的法 律法规和国际合作
法律法规
国际上有许多法律法规规范高放废物的处理和 处置，如《联合国核安全公约》和《储存、处 置和核安全的国际基准》等。这些法规的制定 为高放废物的安全处置提供了基本框架，促进 了国际间的合作与交流。
高放废物分离前沿领域研究进展
来源
• 从乏燃料分离出钚和铀的过程中产生
特点
• 高放废物的体积虽然不足核燃料循环所产生的放 射性废物体积的1%，但其所含放射性量超过核燃 料循环总放射性量的99%。 • 放射性持续时间长 • 核素毒性大 • 发热性
处理方法
地质方法 海洋处置 海岛处置 冰盖处置 岩石熔化处置 深地质处置等 非地质方法 主要是指核素分离与嬗变和宇宙处置
• 5个月后，美国国会通过了联合决议，批准将尤卡 山场址作为高放废物的地质处置场址。能源部在 2008年中期向核管会递交了尤卡山地质处置库建 设许可证的申请。 • 能源部称，如果获得足够的资金并成功完成许可 证申请程序，则第一批核废物将能够在2017年之 前运抵该处置库。
经典实例：尤卡山之争
• 1987年，美国《核废物政策法修订案》指定尤卡 山场址为唯一的高放废物处置库候选场址。 • 2002年2月，美国能源部长向美国总统布什申请将 尤卡山场址作为乏燃料和高放废物的地质处置库 开发场址。
高放废物分离前沿领域研究进展
高放废物
• 高放废物主要是乏燃料后处理产生的高放废液及 其固化体、准备直接处置(一次通过式)的乏燃料及 相应放射性水平的其他废物。
• 国际原子能机构按处置要求的分类标准把释热率 大于2千瓦/米^3，长寿命核素比活度大于短寿命 低中放废物上限值的废物称为高放废物。 • 中国《放射性废物的分类》标准(GB9133-1996)规 定：高放液体废物，放射性浓度(A)>4×10^10贝可 /升；高放固体废物，A>4×10^11贝可/千克或释热 率>2千瓦/米^3(5年4×10^10贝可/千克，且释热率 >2千瓦/米^3(T 1/2，2>30年)。
美国如何处理高放废物
• 美联社获得数据显示，美国目前拥有7.1862万吨 核废料。近年来，美国在低、中放废物的处理与 处置技术上已经基本成熟，放射性废物管理的处置
尤卡山高放废物处置计划的失败与蓝带委员会的报告
２ 尤卡 山计划的不幸来历
２ ． １ １ ９ ８ ２ 年核废物政策法的制定与候选厂址筛选展开的厂址特性调查 美 国的高放废物管理基本法是 １ ９ ８ ２ 年制定的核废物政策法 （ Ｎ ｗＰ Ａ ： Ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｗａ ｓ ｔ ｅ ｒ Ｐ ｏ ｌ ｉ ｃ ｙ Ａ ｃ ｔ ） 。该法规定民用反应堆 的乏燃料和军用高放废物要进行地层处置 ，其实施工
与现场相关人士召开意见交流会议等。２ ０ １ ０年 １ １ 月 ，日 本原子能委员会的近藤委员长 还应邀前往华盛顿 ， 介绍了 日 本核燃料政策和废物政策的现状 。 另外 ， ２ ０ １ １ 年２ 月， Ｂ Ｒ Ｃ 的成员也来访 日 本 ，对六个所村后处理工厂 、瑞浪的地下研究设施等进行过考察。
Ｂ Ｒ Ｃ历经这些活动 ，于 ２ ０ １ １ 年 ７月发布了报告书初稿 ，初稿除总体报告之外 ，还 有３ 个小组委员会的专题报告。后来 ， Ｂ Ｒ Ｃ在 ５ 个都市召开报告发布会 ，听取各地的意 见和公开征集意见 ，按照反馈的意见对初稿进行修改 ，完成的最终报告于 ２ ０ １ ２年 １ 月 ２ ９ Ｅ ｌ 提交到了 Ｄ Ｏ Ｅ部长手里 。 在介绍 Ｂ Ｒ Ｃ的报告内容之前 ， 将有关尤卡山放射性废物
放弃尤卡 山计 划之后 ，为了对没有去处的乏燃 料进行新 的管理对策而进行综合研 究 ，朱棣文部长提出要成立顶层专家委员会 的建议。 １ ． ２ 制定新的尾端政策目标 ２ ０ １ ０年 １ 月 ，总统命令正式成立美 国核能未来的蓝带委员会 （ Ｂ Ｒ Ｃ） ，同年 ３ 月公 布了 １ ５ 名成员 。 Ｂ Ｒ Ｃ的作用是 ： “ 综合评价核燃料循环的尾端管理政策 ， 提交新的计划” 。
地点 ； （ ２ ） 总统在 １ ９ ８ ７ 年３ 月之前 ， 在其中选出 １ 个地点作为第一个处置场 ， 将方案提交
世界高放废物地质处置库选址研究概况及国内进展
53678 "
元素 D: E: D? D6 F0 G3 59 H IJ 花岗岩 ,** 2 *** " *** "** " *** 2** 2 *** 2* "**
KC ,** 2** 据参考文献 ［,］ 。
全运行及有效隔离核废物的关键。多年来， 世界各 ! ! # 国对处置库的可能围岩进行了详细研究， 通过对比，
多年来以核工业北京地质研究院为骨干多家合作的我国高放废物地质处置研究队伍在投资少任务重的条件下及时跟踪国际动向大量吸取国外经验取得了多快好省的科研成果且与国际原子能机构及许多国家建立了合作关系尤其是今年将要开展地质钻探工作将是我国高放废物地质处置研究承上启下走向深入的重要里程碑
第 , 卷第 # 期 #""! 年 - 月
地学前缘 （中国地质大学， 北京）
（ ;257/ <75=60:51> 9? @69:456746:， ./012 3456746 80971560: A65B57C）
D9E F , G9F # (H0 F #""!
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’" *+, !/* !+, !+’ 见核素 &， ()， -.， 01， 2$， 34 在膨润土中 的吸附行为进行了土柱实验研究， 结果表明膨润土
为了实现这些功能， 目前， 世界许多国家都在对 工程屏障的各个方面进行研究， 许多国家也正在研 能。
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尤卡山场址的选定基被认为是有吸引力的某些特性 这些特性包括这样的事实 即
• 该场址降水量较 少 约 17cm/a • 仅降水的一小部分 <5% 可渗透至地下水位以上的岩石 • 渗流入尤卡山的水一般移动非常慢 • 该场址提供了一个较为稳定的地质环境 和 • 该场址属联邦政府所有 并且目前是无人居住的 处置库计划处置 70000 吨乏燃料和高放废物 计划将处置室建在地下约 300 米深 处 处置库将占地约 3 平方公里 740 英亩 计划从 2010 年起开始接收废物 每年接收约 3000 吨 这样要到 2033 年才能接收 完 开始封闭处置库 随后是 100 年的监测期 图 1 示出尤卡山处置库的建设进程 关于尤卡 山高放废物处置库 虽然目前已获美国政府最高领导的 批准 但地方上 仍有不同的声音 最近 内华达州官员纷纷抗议政府的这一决定 该州已经提交了 3 项上诉 试图阻止政府在尤卡山实施核废料处置 项目 官员们还指出 该州现在的情 况已经不同往昔 1982 年政府开始核废料处 置项目研究时 尤卡山附近几乎人迹罕至
运行和性能确证
通过
核管会批准 封闭 通过
场址封闭和监测
否定
图 1 尤 卡 山 处 置 库 的 建 设 进 程
•2 •
如果能源部长在任何时 间确定场址不适合 他 将 • 终止一切特性调查
活动 并通知国会和 内华达州 • 将场址改作再用 • 在 6 个月内向国会提 出报告
除非在州发出不同意通 知后的 90 天内国会通过 联合决议批准场址 否 则场址将被否定
个由日本核燃料有限公司管理的基地储存 30 至 50 年 然后放入地下深处的地质处置 库进行长期处置
美国能源部向废物处置项目增加拨款
据世界核协会最新一期新闻报道 美国能源部为了加速向废物隔离示范设施 WIPP 运输超铀废物 TRU 将增加拨款 1200 万美元 这座废物隔离示范设施位 于新墨西哥州卡尔斯巴德 增加的拨款将使向废物隔离示范设施运输的超铀废物量自 2002 年 5 月开始增加 50 能源部有关官员透漏 增加拨款的目的是使隔离示范设施 在 35 年内能够达到处置 100000 罐超铀废物的目标
英国核废料船从法国驶向日本
凤凰网 2001 年 12 月 21 日消息 当地时间 12 月 18 日晚上 一艘装有高放核废物 玻璃固化块的英国船只从法国西北部的瑟堡港出发驶往 日本
据日本媒体巴黎报道 这已是第六次运输日本核废料 这些核废料已经在法国核
•3 •
材料总公司 Cogema 进行处理 它们将被运往日本东北部六个所的贮存基地 预计这些废料将于 2002 年 2 月下旬抵达日本的核燃料贮存基地 这些废料将在这
退役的一种方案 — — 掩埋
国际核工程 2001 年 11 月报道 美国核管会 NRC 认为 掩埋 entombert 可能是进行核工厂退役的一种可行方案 掩埋方案能减少工人的辐照剂量以及需要从 工厂运输至处置场址进行处置的放射性材料量
在 NRC 准备提出一项规定以改变其规章从而允许实行掩埋方案以前 NRC 正在 征询公众有关各项选择方案的意见
实际上 早在 1994 年 英国核燃料有限公司 BNFL 就已决定对其 1991 年开业 的耗资 3.6 亿美元的塞拉菲尔德玻璃固化工厂增建第 3 条生产线 以便着手解决 40 年 前开始 Magnox 型乏燃料后处理以来已积累的 1400 立方米的高放废物 HLW
到 2001 年 英国塞拉菲尔德贮存的高放废液增至 1550m3 BNFL 希望今后原有 两条线每年能生产 275 块玻璃 新的第三条线每年能生产 250 块玻璃 如按每立方米 废液产玻璃两块 到 2015 年高放废液存量可下降到目标值 200m3
但如今 在 200 万内华达州居民中 有 150 万人居住在拉斯维加斯及其附近地区 尤 卡山只有 90 英里 约 150 公里 在距离掩埋地最近的阿马戈萨山谷小镇 还有将近 1300 名居民
英国 WVP 玻璃固化厂第三条生产线获得运行许可证
美国 核燃料 2002 年 1 月 7 日报道 英国核燃料公司 BNFL 2001 年 12 月 20 日从英国核设施检查局 NII 获得投资 3.2 亿英镑 4.66 亿美元 才建成的 WVP 玻璃固化厂第三条生产线的热运行许可证 这较原计划已晚了许多
能源部部长在写给总统的信中指出 无论从技术还是科学的角度来看 尤卡山地 区都完全适合于建造一个核废物处置库 总统在致国会的信中则表示 建造一个象尤 卡山处置库那样的深层核废物处置设施 对我们的国家安全和未来能源发展都是至关 重要的 核能现在是美国第二大电力供应源 并仍将在今后的能源政策中占据相当大 的份额
综合新闻
美国尤卡山高放废物处置库准备工作取得重大突破
据世界核协会 2002 年 2 月最新一期新闻简报报道 正如人们预计的那样 美国能 源部长已经就在尤卡山建造废物处置库正式向总统提出建议 总统也已就此向国会做 了说明 指出美国应该在内华达的尤卡山建造一个高放核废物处置库
美国国会曾于 1982 年通过一项法案 要求建造一个军用高放核废物和民用核电站 乏燃料的处置库 经过了 20 年的努力最终才选定了尤卡山地区 预计整个项目将耗资 180 亿美元
能源部长确定 场址的适宜性
通过 部长推荐场址
通过 总统批准场址
通过
通过 内华达州对 场址表态
否定 国会再表态
否定 否定 否定
否定
如果州未提出不同意 能源部即可提交建造申
请书
通过 能源部提交申请书
通过
核管会批准 建造
否定
运行持续 100-300 年 其间废物是可回取的
永久监测
通过 核管会批准
处置废物 通过
BNFL 的头两条生产线 设计的总生产能力为 600 个硼硅酸盐玻璃块 年 在其 运营的头两年每年仅生产 115 个玻璃块 这个数字相当于同期塞拉菲尔德产生的高放 废物量 一耗资 1000 万英镑的提高品级的计划使总的生产能力在 1993 年达到了 267 块 BNFL 曾希望 到 1995 年它将接近年生产 375 425 个玻璃块 从而顺利解决涉 及最近开工的 Thorp 后处理厂产生的额外废物 不过该生产能力尚不足以处置积压废 物 直到最近 两条线的最好成绩是 1997/98 财政年度生产了 336 个玻璃块
•1 •
核废物政策法制定 联邦政府的责任
国会必须提出 新指示
美国地质调查局 国家 实验室和合同单位的著 名科学家进行研究 如果经过听证会和特性 调查 能源部长决定推 荐场址 • 部长必须通知内华
达州 • 在向总统提交建议
前必须至少等 30 天
如果总统认为适合 他 向国会提出建议
在总统提出建议的 60 天 内 内华达州可以向国 会提交不同意的通知
第一步 通过解除现有规章使得从法规上允许进行掩埋 第二步 修订目前的退 役时间安排 因为目前的规章要求 在工厂永久性停止运行后 除非有特殊情况 否 则所有的退役活动必须在 60 年内完成 第三步 为进行掩埋处理的设施制定规则 从 而为其建立标准
法国 CEA 宣布放射性废物处理研究取得新进展
国际核工程 2001 年 11 月报道 法国原子能委员会 CEA 宣布 研究表明 能 将长寿命放射性废物中次锕系元素与裂变产物分离出来 然后将其转变成较短寿命的 同位素 这一发现代表 CEA 在长寿命放射性废物管理的最优化方面有了科学性的突 破
为了处理英国早期军 民后处理生产中产生 的 1400m3 高放废液以及目前 镁诺克斯 燃料后处理产生的高放废液和热堆氧化物后处理厂 THORP 产生的高放废液 英国 在塞拉菲尔德厂址建造了温斯克尔玻璃固化设施 WVP 对各种乏燃料后处理产生 的高放废液均采用硼硅酸盐玻璃 固化流程加以处理
WVP 于 1991 年正式投入热运行 总投资约 3.6 亿英镑 WVP 采用了法国的玻璃 固化技术 共备有两条生产线及可贮存 8000 个产品罐的自然对流冷却的中间贮存设 施 其最大日生产能力为 3 个 175L 的产品罐
CEA 的仔细研究表明 分离被认为是三种方案中最有希望实现和最长期的一种 分离方案包括两个步骤 长寿命放射性废物组分的化学分离以及用中子轰击使其嬗变 成其它短寿命的放射性同位素
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