核废料深埋处置ppt课件

常用的回填材料有膨润土、粘土、沸石、蛭石、玄武岩、 岩盐等碎块或粉末(掺入一定数量的石英砂、石墨等)。
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地质体
地质体又称废物的贮存介质、处置介质等， 这是指放射性废物处置场(库)周围的土壤、岩 石及有关沉积物等。地质体是放射性废物处置 体系中最重要的一道屏障(天然屏障)。
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4.2场址选择因素
1、地形 2、大地构造和地震强度 3、地下条件： ➢处置区深度 ➢地层结构： ➢厚度和延伸，坚实度，均匀性，均质性，和 地层纯度 ➢上覆、下伏和侧翼地层的性质和延伸
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军用核燃料循环
军工放射性废物主要来源于军用核材料生产、核武器制造以及核动 力舰船（如核潜艇、核动力航空母舰等）的运行。
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2.2 核废物分类
根据国际原子能机构（IAEA）的分类，首先按物理形态将核废料分 为液体、气体、固体三类，然后再按比活度将每类分为若干级别。见下 表：
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2.2 核废物分类
我国放射性废物基本分类如下表：
循环，包括前 核武器制造以 在工业，农业生物， 矿床分布，
段过程、反应 及核动力舰船 医学等方面的各种应 火山喷发、
堆运行过程和 （如核潜艇、 用；核研究中心的各 矿山喷泉、
后段过程三大 核动力航空母 种研究活动；各类核 侵蚀和沙
部分。
舰等）的运行。设施退役活动。
迁移等
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民用核燃料循环
以核电生产为中心的核燃料循环，包括前段过程、反应 堆运行过程和后段过程三大部分。
花岗岩适宜于处置放射性废物的特性主要有： 1.分布广，岩体规模一般较大(岩基等)，岩石质地较
均一。 2. 新鲜花岗岩的孔隙度较小(0.1％一0.2％，一般为
0.5％—0.2%)水渗透系数较小(1000 m深处为10-12— 10-10 m/s)。 3. 含水量较小(0.1％一0.2％)。 4.新鲜花岗岩中化学元素和同位素体系基本上保持封 闭状态。 5.机械强度较大，有利于构筑地下处置工程。
放射性废物后，岩盐能逐渐自行包封废物容器而不 留任何自由空间。
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岩盐
岩盐不利于处置放射性废物的性质主要有： 1. 当温度增高时，岩盐的热导率降低。 2. 当吸收辐射线剂量达106一107Gy时，岩盐内部结构 将发生一定变化，即岩盐的抗辐射性能不够理想。 3. 岩盐在高温、高压条件下将发生蠕动，使处置在 其中的放射性废物有上升暴露至地表的危险。 4. 岩盐中若出现光卤石夹层，后者在增温时(＜ 130℃)即分解，生成多量水，危及废物的安全处置。
➢可接近性和服务设施
➢其他环境影响
➢公众的态度
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4.3 处置介质的选择
对处置介质提出下列条件: (l) 岩石水渗透率小,孔隙度小,含水量低,这些都是高放废料地质处置介质 最重 要的必备特性,因为地下水易导致核素的扩散、渗透; (2) 岩石节理、裂隙不发育,不被断层切割,节理、裂隙、断层往往成为地下水流 动的通道; (3) 岩体具有阻滞放射性核素迁移的地球化学、矿物学特性 (如吸附性、离 子 交换能力等 ); (4)岩石具有良好的导热性,易于传导、散失由高放核废料产生的衰变热; (5) 岩石具有较强的抗辐射性能; (6)岩石具有一定的机械强度,便于构筑较牢固的地下工程; (7) 岩体具有足够大的体积,放射性核素即使泄离处置库,当它们缓慢迁移至 生 物圈时,已衰变成无害水平。因此,高放废料的地质处置深度为500 ~ 1000 m。
➢水文变化
➢抬升和下沉
➢地震强度
➢岩浆侵入和断裂作用
➢气候变化
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4.2场址选择因素
8、普通地质和工程条件
➢场地面积和缓冲带
➢已有的钻孔和洞穴，勘探钻孔、竖井、坑道和洞穴
➢废石处置，废物运输
➢处置库的设计和建造，处置库的安全运行和稳定性
9、社会学问题：
➢潜在的资源
➢土地的价值和使用
➢人口分布，土地权和管辖权
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岩盐
5．岩盐中的流体包裹体能向热源移动，造成废 物容器(热源)周围卤水量增多，废物易被侵蚀， 而且卤水的热导率小于岩盐的热导率，卤水 量的增多不利于废物衰变热的传导和散失。
6．岩盐是一种有用矿产，有些人认为用以处置 放射性废物是一种浪费。
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Fra Baidu bibliotek 花岗岩
花岗岩类岩石分布广，具有良好的储废性能，因 而受到世界各国的青睐。
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3.2 主要的几种处理方法
（4）岩熔处置
高放射性的固体或液体废料贮放到地下深孔或 洞穴中,废料 产生的辐射热将熔化它本身及周围 岩石。最终冷却后,废料将熔合进天然岩石基质内。
（5） 深层地质处置
地质岩层以它年代的古老以及在多数环境中长 时间的稳定为特征,尽管岩石都以相当缓慢的速度 在不断变化。目前,世界各国处置高放废料的最重 要也是最常用的方法是人工深岩穴(贮存库)贮存。
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核爆炸
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压水堆核电站 铀-235
轻水堆、重水堆（秦山三期）和石墨汽冷堆 轻水堆又分为压水堆（秦山 大亚湾 田湾 岭澳 宁德）
和沸水堆（福岛）
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快中子增殖堆 Fast Breeder Reactor （FBR）铀-238，钚-239
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石墨气冷堆
铀的包覆颗粒作核燃料、石墨作中子慢化剂、 氦气作为冷却剂的先进热堆
（4）利用现有的技术和合理费用能实现处置
（5）必须能够充分地模拟控制处置系统长 期特性的过程，包括物理的、化学的甚至生 物的
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3.2 主要的几种处理方法
（1）太空处置
此处置方案可 使废料永远脱离 生物圈,因此具有 较大的吸引力。
美国国家航空 和宇宙航行局 所 做的研究表明:根 据太空发射技术, 把核 负载物 发 射 到地球 与金
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具备上述条件可供处置高放废料固体的主要有岩盐(盐层、盐丘)、 花岗岩、粘土岩、凝灰岩和玄武岩等,其中尤以岩盐、花岗岩、粘土岩广 泛被各国采用，下面分别进行介绍。
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岩盐
岩盐是一种泻湖相、内陆盆地蒸发岩，主要成分 为石盐（NaCl），另含少量录化物、硫酸盐。 岩盐具有以下适宜于处置放射性废物的特性： １.基本不含水，否则岩盐体将被溶解而荡然无存。岩
②化学屏障作用——通过化学作用阻滞放射性核 素向生物圈迁移；
③机械屏障作用——废物容器和回填材料能安全、 稳妥地包容废物，吸收巨大的地应力(岩石静压 力、地质应力等)，为处置状态的废物体提供机 械支撑。
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废物体
废物体是阻滞废物中放射性核素向外迁移 的第一道屏障。
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回填材料
回填材料是指在处置放射性废物时，在废物容器之间和在 废物容器与地质体(土壤、岩石)之间等剩余空间内放置的某些 矿物、岩石碎料。
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3.2 主要的几种处理方法
（2） 冰层处置
此方案主要是 利用核废料自身 发热将冰融化而 逐渐沉入冰层内 或冰 层底部。
然而,非常高的 运输、处理费用, 以及由于冰层处 置区在地质时期 内进化的不确定
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3.2 主要的几种处理方法
（3）海底处置
在海底处置某些类型的废料,虽然具有很低的个 人危险度,但用此方法 处置高放、中放废料受到国际 协议的禁止 (伦敦倾倒公约, 1 9 8 3 年 )。
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4.2场址选择因素
4、地质构造： ➢倾斜或倾向 ➢断裂和节理 ➢底辟作用 5、围岩的物理和化学性质： ➢渗透性，孔隙度，溶解度和弥散度，气体和 液体的包裹体 ➢岩石的力学和塑性特性，区域和局部的热梯 度
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4.2场址选择因素
6、水文和水文地质
➢地表水：产状、组成、体积
➢地下水：产状、体积、化学
7、未来的自然事件：
（4）保护后代：放射性废物管理必须保证对后代预期的健 康影响不大于当今可接受的水平；
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基本原理
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3.1 对处置系统的基本要求
（1）对废物进行相当长期的的隔离（依赖 天然的和人造屏障来实现） （2）一旦完全隔离期过后，要保证一个低 的释放率 （3）能够估计由于人类活动或毁坏性的自 然事件所造成的废物转移情况
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四、核废料深层地质处理
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地质岩层以它 年代的古老以及在 多数环境中长时间 的稳定性为特征。
岩层保持其 结构完整性和物化 特征的时期之长已 大大超出人类经验 的范畴。
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4.1 放射性废物处置系统介绍
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主要功用
①物理屏障作用——限制和阻止地下水接近、进 入废物处置库；减弱和屏蔽放射性废物发出的 α，β，γ射线对生态环境的影响；
核废料深埋
2014.3.24
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主要内容
一、研究背景 二、核废物的来源、分类以及管理 三、核废物管理的基本方法基本原理
和方法 四、核废物深层地质处理 五、迄今国内外的研究进展 六、相关应用介绍
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一、研究背景
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一、研究背景
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一、研究背景
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我国核电站发展概况
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2020年, 我国核电有 望实现 7 0 G W 的 装机 容量, 核电设备市场或将达到 4000 亿元, 核 电装备自主化进程的推进必将带来核电装 备业的大发展, 而核电发展的技术瓶颈等制 约因素仍 有待进一步突破。由于核废料处 理问题的困扰, 5 0 年后如何处理核废物或将 成为比建设核电站更大的难题。
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岩盐
５.具有—定可塑性。随温度增高，岩盐的可塑性增大， 这增强了对裂隙的自封闭能力。
６.对放射性核素具有一定的吸附能力。 ７.放射性核素在盐饱和水溶液中的扩散速度极小。 ８.易溶于水，只需向地下注水溶解盐体，便易获得所
需形状的地下处置空间，施工成本低廉。 9.具有一定机械强度，在其中施工无需人工支撑。 10. 具有蠕动性(速度为0.005—2mm/a)，在岩盐中处置
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粘土岩
粘土是良好的回填材料 ，适宜于处置放射性废物 的特性主要有： 1．粘土岩(及泥质岩)约占世界沉积岩覆盖面积的70％， 分布极广（见p102表3.3）。 2．水渗透系数较小(10-11一10-7cm／s)，粘土岩是一种 不透水岩石，常构成贮油气构造的屏蔽层，以及地 下蓄水层的阻隔层。 3．粘土岩中的伊利石、高岭石、蒙脱石、沸石等具有 较强的离子交换能力和吸附能力。因而粘土岩的U、 Th含量一般较高。
盐仅存在于干燥的地质环境中。 ２.孔隙度极小(0.5％)，水渗透系数较小(10-12—10-
8cm／s)，其中盐丘岩盐的渗透率最低。 ３.导热性能良好[热导率为3.34—6.28W/（m·C）]。 ４.对自身中出现的裂隙具有特有的自封闭(或自愈合)
能力，即若岩盐中出现裂隙，裂隙水中的过饱和盐 分能自行沉淀并封闭裂隙，因而岩盐中裂隙的存在 时间较短。
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花岗岩
6. 导热性较好[平均热导率为2．5W／(m·℃)]；热 稳定性较好。
7. 抗辐射性较好，受高剂量辐射线作用后，岩石性 质不变。
8. 岩石中的磁铁矿、黄铁矿、绿泥石、黑云母等合 Fe2+矿物，促使变价放射性核素处于难溶于水的低 价状态。
9. 对放射性核素具有较好的阻滞性能。
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花岗岩
可用作放射性废物处置库主岩的花岗岩必须具备的 条件： 1.岩体延伸范围较大，岩石质地均一。 2.断裂构造不发育，岩石裂隙广泛地被次生矿物（方 解石、粘土等）充填。 3.岩石的水渗透系数小于10-9~10-8cm/s；岩石的空裂 度不大于0.5%~1%。 4.在地貌上，花岗岩体应略低于周围地区，以免岩体 被风华、剥蚀过快。
IAEA ：International Atomic Energy Agency国际原子能机构
ICRP：International Commission on Radiological Protection国际辐 射防护委员会
UNSCEAR: United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation联合国 原子辐射效应科学委员会等等。
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“亚洲第一坑”
中国第一个核武器研制基地 地处中国西北部的青海省海 北藏族自治州州府西海镇地 区，先后研制成功了中国第 一颗原子弹和氢弹，被称为 中国“原子城”。1995年全 面退役至今，与它相距仅几 公里的金银滩就是当时基地 工作区内所有的放射性废料 被深埋之地，世人称为“亚 洲第一坑” 。
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相关国际机构
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2.2 核废物分类
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三、核废料管理的基本原理和 方法简介
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放射性废物管理的9条基本原则 （IAEA）：
（1）保护人类健康：放射性废物管理必须确保对人类健康 的影响达到可接受的水平；
（2）保护环境：放射性废物管理必须确保对环境的影响达 到可接受的水平；
（3）超越国界的保护：放射性废物管理应考虑超越国界的 人员健康和环境的可能影响；
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核电站
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辐射的种类
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二、核废物的来源、分类以及管 理原则
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二、核废物的来源、分类以及管理原则
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2.1 核废料来源
种类
内容
民用核燃料 军用核燃料
循环
循环
非核燃料循环
天然存在 放射性物
质
以核电生产为 主要来源于军 包括：放射性同位素 原始放射
中心的核燃料 用核材料生产、生产；放射性同位素 性物质的