放射性废物处理与处置安全研究

放射性废物处理与处置安全

1概述

1.1背景

继日本福岛核事故后，各国纷纷开始注重核电站的安全管理，同时也更加重视核废料的处理。我国由于能源短缺和温室气体的排放压力，选择积极开展核能利用。我国核电战略从“十一五”规划建议提出积极发展核电到核电中长期发展规划的大力发展核电。核电站的大量兴起，势必会随之产生越来越多的核废料，再加上之前核电站的陆续退役，我国核废料数量将急剧增长。我国应紧跟世界的步伐，重视核废料管理。

核电是安全、清洁、经济的能源，能大量减少温室气体的排放量。然而却是在一定的安全措施和处理措施基础之上。历史上较大的两次核事故美国三哩岛核泄漏事故和前苏联的切尔诺贝利核泄漏事故，听之仍让人心有余悸。再加上最近日本发生的福岛核泄漏事故，更是让人胆战心惊。就其事故发生的比率来说，是极低的，但一旦发生，却是灾难性的。据统计，历次核泄漏事故都是直接或间接的人为因素导致。所以要加倍做好管理和体制各方面的工作。然而人们仅仅知道核电站泄漏事故相当严重，却极少有人了解核废料泄漏的危害性。由于核废料是集中处置的，多个核电厂的核废料累积起来的放射性必然要比单个核电站的放射性要强的多，所以一旦发生事故，其危害将比核电站事故更加恐怖。这就要求我们认真对待核废料。了解其真正面目，并对其进行有效处理和完善管理，避免其对人类和环境造成不必要的影响。核废料处理是一项系统的复杂工程，需要先进的技术，大量的资金和人力投入，完善的体制和有效的管理。目前核废料的处理仍然是世界性的难题。需要我们不断的去研究和探索。

目前我国已建成并投入使用的6座核电站15台机组，装机总量1253.8万千瓦。12 座在建核电站，计划建设27个核反应堆。据统计，截止2010年底，我国运行中的13 个核电机组累计产生约8000多立方米低中放固体废物。预计到2020年，全国核电厂运行产生的低中放废物量累计约3.6万立方米。从目前的情况看，我国核废料的处理方式是暂时搁置，但随着我国大力发展核电，核废料

将急剧增长。势必要对这么多核废料进行处理。如此庞大的核废料，如何进行妥善管理和处置，对我国的核能产业提出巨大挑战。

1.2基本原理

放射性废物处置的基本原理是建造一种处置系统，使之能在一定的安全期内有效包容放射性废物。即使放射性废物会通过自然过程以多种扩散形式迁移并稀释，但稀释后的浓度不存在不可接受的危害。对铀矿山废石一般利用废矿井就地回填处置，对短寿命中低放废物一般采用近地表处置、岩洞处置或水力压裂和深井注入等方式，处置系统的有效期为300～500年；对高放废物、d废物、乏燃料和长寿命中低放废物，提出了宇宙处置、深海处置、海床处置、冰盖处置、岩石熔化处置等方式，但公认的有效可行的方式是深地质处置，其处置系统的有效期应达到1万～10万年。

1.3放射性废物共同特征

放射性废物为含有放射性核素或被放射性核素污染，其浓度或活度大于国家审管部门规定的清洁解控水平，并且预计不再利用的物质。放射性废物尽管有各种各样，但却具有一些共同特征：

(1）含有放射性物质。它们的放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰变而减少。

(2) 射线危害。放射性核素释放出的射线通过物质时发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。

(3) 热能释放。放射性核素通过衰变放出能量，当废液中放射性核素含量较高时，这种能量的释放会导致废液的温度不断上升甚至自行沸腾

1.4放射性废物的来源

放射性废物的来源大致可分为四类：

（1）核燃料生产过程

主要包括铀矿开采、冶炼和燃料元件加工等。铀矿开采和冶炼过程产生的废物主要有废矿石、废矿渣、尾矿等固体废物，矿坑水、湿法作业中产生的工艺废水等液体废物，以及氡和钋的放射性气溶胶、粉尘等组成的气体废物。这类废物

主含有铀、钍、氡、镭、钋等天然放射性物质，比活度较低，产生的数量大。铀回收和燃料元件加工过程产生的废物主要是含铀废液。

（2）反应堆运行过程

反应堆中生成的大量裂变产物，一般情况下保留在燃料元件包壳内，当发生元件包壳破损事故时，会有少量裂变产物泄漏到冷却循环水中。反应堆冷却循环水中的杂质（循环系统腐蚀产物）受中子照射后也会形成放射性的活化产物，冷却循环水也就具有放射性。

（3）核燃料后处理过程

大量裂变产物是核燃料后处理过程的主要废物。在燃料元件切割和溶解时有部分气体裂变产物（氪85、碘129等）从燃料元件中释放出来,进入废气系统。99%以上的裂变产物都留在燃料溶解液里。当进行化学分离时，则集中在第一萃取循环过程（见普雷克斯流程）的酸性废液中。这部分废液的比活度很高，释热量大，是放射性废物管理的重点。此外还有第二、三萃取循环过程产生的废液、工艺冷却水、洗涤水等。这部分废液体积大，但比活度较低。

（4）其他来源

核工业部门退役的核设施，核武器生产和试验以及其他使用放射性物质的部门如医院、学校、科研单位、工厂等产生的各种废物。这些废物种类不少，形式多样。

1.5放射性废物的处理过程

1.5.1放射性废物的收集

应在各种放射性废物的产生场所就地分类收集，以不同的接受方式和输送设备将各种废物分门别类集中到暂时贮存设施中。分类收集是为了便于用不同的方法分别进行处理和处置。通常首先将废物按其物理状态分成液体、固体和气体废物，还可进一步按废物比活度（或放射性浓度）分成高、中、低放射性水平的废物，简称高、中、低放废物。对某些特殊放射性核素也应单独分类收集，如含氚废物、超铀废物（见超铀元素）等。对固体废物还可划分为可燃废物、不可燃废物、可压缩废物等。

1.5.2放射性废物的减容

对放射性废液采用浓缩减容，有絮凝沉淀、离子交换、吸附、蒸发等方法。根据废液的比活度、化学组成、废液量和处理要求可选用一种方法或几种方法联合使用。一般情况下，蒸发法、离子交换法和絮凝沉淀法处理放射性废液的去污系数分别可达103～106、10～103和10～102。处理后原始废液中的放射性核素则浓集在小量的蒸发残渣、废树脂和沉淀泥浆内。对固体废物的减容一般采用焚烧或压缩处理。可燃废物经焚绕后减容比可达40～100；不可燃的废物采用切割和压缩减容，减容比可达2～10。

1.5.3放射性废物的固化

为了安全贮存，减少对环境的污染，须将放射性废液或其浓缩物转化为固体。放射性废物固化的基本要求是：固化体的物理化学性能稳定,有足够的机械强度，减容比大，在水中的浸出率低；操作过程简单易行，处理费用低等。针对不同类型的废物可采用不同的固化方法，其中水泥固化、沥青固化、塑料固化和玻璃固化等已实际应用。

1.5.4放射性废物的贮存

未经固化处理的放射性废液和浓缩物以及尚未选定最终处置方案的固化体等放射性废物，都应在固定地点贮存在专用的容器中，贮存过程中要注意安全，不能使放射性废物泄漏。对各种比活度的废物要求使用不同的贮罐。如贮存碱性中、低放废液时一般采用碳钢贮罐；贮存酸性高放废液时须用双层不锈钢罐。对贮存比活度高、释热量大的高放废液的贮罐有特别严格的要求：材料要耐腐蚀，结构要牢固可靠，设有通风散热装置、检漏系统和料液转运装置等，并须进行监测。

1.5.5放射性废物的转运

放射性废物转运的关键是废物的包装容器，事先要做好安全检验，对容器的强度、屏蔽防护、密封系统、包装的标志等都有严格的规定。要求做到安全运输，防止发生火灾、容器颠覆及包装破损而使放射性废物泄漏，污染环境。

1.5.6放射性废物的分离回收

20世纪40年代末就开始了从高放废液中分离回收裂变产物核素的研究。50年代末到60年代初，一些国家建立了分离回收裂变产物核素的中间工厂。分离