高放废物深地质处置

f. 通过现场试验,验证修改安全评价模型;
g. 为处置库安全评价、环境影响评价提供必不可少 的各种现场数据; h. 进行示范处置,为未来实施真正的处置作业提供 经验;
i. 培训技术和管理人员;
j. 提高公众对高放废物处置安全性能的信心,解决高 放废物处置的一些社会学难题。
六、工程屏障
处置库的地下设施、废物容器和回填材料称为工 程屏障。 功能和要求 (1)使大部分裂变产物在衰变到较低水平的相当长 的时期（1000年左右）能够得到有效包容； (2)防止地下水接近废物，减少核素的衰变热对周 围岩石的影响，防止和减缓玻璃固化体、岩石和 地下水的相互作用； (3)尽可能延缓和推迟有害核素随地下水向周围岩 体迁移。
三、高放废物深地质处置特点
⑧工程的可逆性上,基于对处置库的不确定性、未来 技术进步后废物的可利用性和更先进处置方案可能 性考虑,处置库一般要求设计成可逆转和可回取； ⑨工程数量上,一般一个国家首先考虑建造1个全国 性的处置库工程数量少,工程积累的经验和借鉴的可 能性相对也少,工程具有探索性； ⑩场址与围岩选择和工程布局上,与采矿工程受矿体 分布控制和隧道工程受线路控制不同,作为全国唯一 的高放废物地质处置库,在场址与围岩选择上有较大 的候选空间,工程布局上可充分考虑地质条件。
三、高放废物深地质处置特点
⑤设计要求和评价目标上,不仅要评价处置库的区域 稳定性和围岩的力学稳定性,更重要的是还要保证废 物体内的有害核素在其有害的年限内不迁移到生物 圈而危害人类生态环境,因此,化学场和核素迁移规 律的研究具有特别重要的意义； ⑥研究的空间范围上, 其评价的空间范围不仅限于 受机械扰动的围岩,还要包括从处置库到核素释放到 生物圈的整个地质体； ⑦社会影响上,由于核问题的敏感性和公众的反核情 绪,高放废物地质处置库不仅是一项纯技术性的地下 工程,而且还是一项政治和社会关注的工程；
核废物 含有放射性 核素的废物
100万千瓦的核电站： 中低放废物70-100立方米／年，高放废物25吨／年 目前，11个机组，一年产生中低放废物1000立方米， 高放废物为250吨左右。
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。
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
我国已初步确定甘肃北山为重点预选区(旧 井、向阳山和野马泉三个重点预选段) (1) 选址和场址评价阶段(2000-2010 年) (2) 地下实验室阶段(2010-2020 年) (3) 现场实验和示范处置阶段(2020-2030 年)Βιβλιοθήκη 美国尤卡山高放废物地质处置库
1978年开始针对第一个高放废物地质处置库 的研发工作,2017年开始接受废物。整个工 程耗资将高达570余亿美元，容量包括63000 t(重金属) 的商业乏燃料、2500 t (重金属) 能源部和海军的乏燃料、4500 t (重金属) 商业和能源部的高放废物。
•拉斯维加斯西北方向100英里 •火山岩 –1千万年前火山爆发形成的紧 致稳固的沉降灰层 –凝灰岩下面是沉积碳酸岩 •贮存库层位于“未饱和区”， 大约地表以下300米，地下水位 以上300-500米 •尤卡山下的饱和区有两个主要 含水层，一个在凝灰岩里，一个 在碳酸岩里。
四、高放废物深地质处置选址要求
选址→地下实验室→处置库建设和运行 (1)处置库的地质条件应有利于处置库的整体特 征，其综合的几何、物理和化学特征应能在所需 的时间范围内阻止放射性核素从处置库向环境中 迁移； (2)在未来的动力地质作用的影响下，围岩和整 个系统的隔离能力应保持在可接受程度； (3)处置库的水文地质条件应有助于限制地下水 在处置库中的流动，并能在所要求的时间内保证 废物的安全隔离；
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;
五、地下实验室建设
e. 开展现场核素迁移试验,了解地质介质中核素迁移 规律;
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。） 2、分类处置原则。 高放废物和超铀废物，应在地 下深处合适的地质体中建库处置。全国的高放废物 应集中处置。 中、低放废物可采用浅埋的方式或在岩洞中进 行处置。中、低放废物应采取区域处置方针，即根 据废物的来源和数量，在考虑经济和社会因素的条 件下设置若干处置场，使中、低放废物得到相对集 中的处置。
三、高放废物深地质处置特点
①组成上,处置库是一个由废物体－缓冲回填材料－ 岩体组成的、面积为数平方公里的复杂而庞大的工 程； ②在投资和开发周期上,处置库是一项耗资数十至数 百亿,投资期限数十至百余年,开发建设耗时数十年 的工程； ③时间跨度上,要求处置库能安全隔离放射性核素的 安全期限至少在1万a ； ④作用因素上,处置库不仅要经历开挖和运营期间的 力学扰动,更重要的是还将长时间受放射性辐射和衰 变热的作用以及地球内营力的作用；
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;
瑞典KBS－3V 处置库结构示意图
系统由竖井、螺旋井、深约500m的运输巷道、处置巷道、竖直处置钻孔组成。 处置巷道相互平行,长约250m ,间距为25m；处置钻孔间距6m,深约8m,废物体由 铁和铜两层包装组成,每个钻孔中放置一个废物罐,废物罐直径为1.05m,高为 4.8m,每个废物罐包含约2t乏燃料,总重为25～27t。废物罐外围填有膨润土作为 缓冲材料,处置完成后,巷道将进行回填。铜具有良好的抗腐蚀性,而铸铁则能提 供必要的力学强度,外填膨润土旨在出现岩石破坏时从力学上保护废物罐体、防 止地下水和腐蚀性物质进入罐体、有效地吸附释放出的核素。
美国尤卡山高放废物地质处置库
美国高水平废物的当前总量（2004） 商业乏燃料 体积 放射性 ~20,000m3 ~35x109居里 能源部国防部高水平废物 ~340,000m3 ~0.7x109居里 能源部/国防部高 水平放射性废物 主要存放于在汉 福（Hanford） 和萨凡纳河 （Savannah River）的罐桶里
美国尤卡山高放废物地质处置库
地下处置库主要由斜井和水平巷道组成,废物由暂存 地运至地面处理设施,经处理后通过斜井运送至地下 处置库；废物放置于水平巷道中并用平板架托起。
美国尤卡山高放废物地质处置库
工程屏障包括:废物包装、废物体、防水罩、巷道 仰拱。防水罩将于关闭前安装于废物上方,目的是 将巷壁的水导开,防止落入废物体上。巷道仰拱包 括支撑托架和废物、巷道轨道系统,它由两部分组 成:钢质仰拱结构和粒状材料组成的道碴。
环境岩土工程
第十讲 高放废物深地质处置
一、概述
在核能利用过程中，会产生许多对人类不再有用的放 射性废物。而这些日益增多的放射性废物，使人类的 生存环境受到越来越严重的威胁。因此，如何处理和 处置这些放射性废物，是个亟待解决的问题。
高放射性核废料
核电站使用之后的乏燃料经过后处 理形成的，含有放射性强、发热量 大、毒性大、半衰期长的核素 中低放射性核废物 开矿、矿石加工、制备核燃料等过 程产生的放射性废物 反应堆内非核燃料物质经辐射后产 生的活化产物以及放射性同位素应 用单位放射性污染产物
二、高放废物深地质处置基本概念
把高放废物埋在距离地表500－1000m的地质体 中，使之永久与人类的生存环境隔离，埋藏高 放废物的地下工程即称为高放废物处置库。 高放废物深地质处置库一般采用“多重屏障 系统”设计，即把废物（乏燃料或玻璃固化 块）储藏在废物罐中、外面包裹缓冲材料， 再向外为围岩（花岗岩、凝灰岩、盐岩等）。 通常把地下设施、废物容器和回填材料称为 工程屏障，把周围的地质体称为天然屏障。
(4) 处置库建设和运行阶段(2030-2040 年)
放射性废物安全处置原则
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