6 高放废物安全处置-天津-工程院会议

加紧建设临时储存设施
加强废物运输管理 推进国际合作
瑞典处置库Forsmark场址： 核电站旁边，距离斯德哥尔摩200公里，海边
芬兰： 位于核电站旁边，距村庄 5 公里
法国处置库：距离巴黎200 公里
如何确保高放废物的安全处置 -2
深埋：处置库500—1000米深
人类闯入的几率极小， 深部为还原带，许多变价的 次锕系元素均为不易迁移的 还原态，极大地降低了元素 的活动性。
如何确保高放废物的安全处置-5
地下实验室研究 ：工程验证
•
开发特定的场址评价技术及相应的仪器设备，并验证 • 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 其它基础研究提供实验样品； • 开展1：1工程尺度验证实验，在真实的深部地质环境中考验工 程屏障（如废物体、废物罐、回填材料等）的性能； • 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； • 开展现场核素迁移实验，了解地质介质中核素迁移规律； • 为处置库安全评价、环境影响评价提供必不可少的各种数据； • 通过现场实验，验证修改安全评价模型； • 进行示范处置，为未来实施真正的处置作业提供经验；
欧盟的性能评价结果： • 在未来100万年内， • 高放废物处置库对个人产生的最大剂量仅为 10-4 Sv/a, • 比背景辐射（10-3 Sv/a）还低一个数量级。
如何确保高放废物的安全处置-7，8 7--分步骤建造处置库，确保万无一失
8—考虑了废物可回取: 在处置库的设 计中，考虑了废物的可回取，以免 万一有问题，可以把废物回取出来。
地下水流场
生物圈
天然屏障组成
处置巷道
废物罐
竖 井
远场
水平巷道
处置库
高放废物地质处置库概念模型
高放废物地质处置：科学挑战
• 处置库中的废物：
• • • • 放射性强 毒性大 半衰期长 发热
• 处置库的安全评价期至少要达到1万年 这一要求是前任何工程所没有的。 • 并且要求有科学、可信的手段评价处置库是 安全的
Pliocene unconsolidated sediments (Seto G.) Miocene sedimentary rocks (Mizunami G.)Weathered zone Cretaceous granite (Toki granite)
Biotite granite
Felsic granite
安全评价
核素迁移
选址和 场址评价
工程设计
处置库和URL
基础研究
在全国筛选6个处置库预选区，北山为重点预选区
甘肃北山预选区
新疆
内 蒙
西南
华东 华 南
甘肃北山场址研究概况
• 1989 年开始在北山工作：调研性质
• 2000年开始较为系统的场址评价研究：
• 地面地质、水文地质调查 • 深部地质环境研究：19 口钻孔 • 场址适宜性研究
BS05
BS06
北山的三个预选地段及施工的钻孔
Opening Ceremony for BS01, The 1st bore hole in Beishan
具有历史意义的 甘肃北山1号孔 开工典礼 （2000/07/08，18:00）
北山钻孔的完整岩心（BS16，May 14, 2011)
超声波钻孔电视测量研究
高放废物的特点
• 放射性强： 4*1010 Bq/L • 毒 性 大： 含大量极毒核素（10毫克钚可使一人
致死）
• 半衰期长： 例如：Np-237: 2.14*106 • 释热量大 ：2 kW/m3
核工业北京地质研究院，中国地震局地质研究所，北京大学地质系
我国核武器研制和生产、 军工核设施运行、军用核材料的生产
戈壁荒漠
核工业北京地质研究院，Beijing Research Institute of Uranium Geology
工作条件极为艰苦: 茫茫戈壁、干旱、酷热、寂寞
甘肃北山完整出露的花岗岩: 毫无耕地价值
•
核工业北京地质研究院，Beijing Research Institute of Uranium Geology
• 社会经济条件有利
美国尤卡山场址：距离拉斯维加斯150 公里
HUMBOLDT COUNTY WASHOE COUNTY ELKO COUNTY
PERSHING COUNTY LANDER COUNTY EUREKA COUNTY CHURCHILL COUNTY
STOREY LYON DOUGLAS
• 中核集团北京地质研究院、原子能院、二院、 中辐院为主力队伍开展了系统研究 • 中科院、南京大学、北京大学、同济大学、 东华理工大学等承担了重要的基础研究任务
中国核工业集团公司 China National Nuclear Corporation
高放废物地质处置的主要内容框架
法律法规、管理体系、顶层设计
一旦处理处置不好，将会带来灾难性 的安全和环境后果
这些高放废物，是涉及到我国
• 核安全
• 核军工和核电安全发展
• 国土环境保护
• 人民健康
一个极为重大的问题。
因此，高放废物必须安全处置
地质处置库
军工高放废物
乏燃料及其后处理产生
的高放废物
500-1000米深 核工业北京地质研究院，中国地震局地质研究所，北京大学
BHTV探头 裂隙岩体 MGXII主机 三角支架 钻孔 绞车及电缆 绞车控制器 数据采集/ 显示系统
BHTV法裂隙测量原理及过程
Principle and Procedure of BHTV
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天然类比研究提高了对高放废物地质处置安 全的信心。 在西非加蓬：奥克洛“天然反应堆”： • 10吨裂变产物和1.5吨钚。 • 在过去的20亿年中，这些产物仅迁移了几 厘米或几米远。
OECD/NEA 的权威调查结果
“经过长期研究,形成了广泛共识: 经过适当的选址和精心设计的处置库能 够保证未来任何时间段内的充分安全与可靠. 而且,地质处置是保证长寿命废物与人类 生存环境永远隔离的唯一可行的途径”
• 2011年7月 甘肃北山被定为我国高放废物
处置库首选预选区
核工业北京地质研究院，Beijing Research Institute of Uranium Geology
北山场址具有有利的社会经济条件
• • • • • • • • • • • 位于戈壁荒漠 人烟稀少 无可利用的土地 无大型矿产 经济前景欠佳 交通方便 气候干旱 降雨量小 70 mm 蒸发量大 3000 mm 地形平坦 无常年河流
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各国的大量工程实践和研究表明
高放废物能够安全处置
如何确保高放废物的安全处置-1
精心选址
如何确保高放废物的安全处置-1
位于地壳稳定地区，这种地区具有以下特点：
• • • • •
尽量避开人烟稠密地区 没有地震、火山和泥石流等自然灾害； 岩石完整，岩体或地层具有足够大的体积 天然屏障能够阻滞放射性核素迁移 地下水稀少且流动缓慢
高放废物安全处置 及其关键科学问题
核工业北京地质研究院 王 驹
汇 报 提 纲
• 引言-关于高放废物
• 如何安全处置高放废物
• 我国有关进展
• 关键科学问题
核工业北京地质研究院，Beijing Research Institute of Uranium Geology
高放废物全称：高水平放射性废物 * 是对环境潜在危险最大的放射性废物 * 对核安全潜在威胁最大 * 最难处置 * 最受关注
高放废物处置的方法
太空处置 嬗变处置 冰川处置
海岛处置 深海床处置
深钻孔注射 超深钻孔处置 岩石熔融处置
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目前技术和工程上唯一可实施的处置方案：
深地质处置
简称
：挖坑埋
* 矿山式地下工程，
* 距地表500-1000 米 * 由工程屏障、
《高放废物地质处置研究开发规划指南》 提出本世纪中叶建成高放废物地质处置库
并支持相关研究开发
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高放废物地质处置“三部曲”目标
场 址
地下实验室 2020年
处置库
2050年
研究项目
• 国防科工局从 2000年起，拨出专款支持高放 废物地质处置研究。
北山稳定区
祁连山不稳定区
北
甘肃北山位于地壳稳定区
地震活动：北山地区非常微弱
北山完整的花岗岩体
•
核工业北京地质研究院，Beijing Research Institute of Uranium Geology
BS03
BS01 BS02
北
山
旧井Jiujing
8个浅钻孔
向阳山-新场 xiangyangshan
WHITE PINE COUNTY
MINERAL COUNTY
ESMERALDA COUNTY
NYE COUNTY
NELLIS AIR FORCE RANGE NV TEST SITE
LINCOLN COUNTY
尤卡山
INYO COUNTY CALIFORNIA
CLARK COUNTY
拉斯维加斯
美国最新进展
• • • 奥巴马 2009 否定尤卡山场址 任 命 15 人 “ 美 国 核 能 未 来 高 端 委 员 会 ” （ BRC: Blue Ribbon Commission) BRC 2012年1月公布最终报告，建议 • • • 成立新的高放废物处置实施机构 确保“专款专用” 重新启动选址程序
•
• •
核工业北京地质研究院，Beijing Research Institute of Uranium Geology
高放处置：工程技术难题、社会学难题
• 如何选择符合条件的场址 • 如何选择工程屏障 • 如何设计、建造、运行、关闭处置库 • 如何评价在一万年至百万年尺度下处置系统 的安全性能 • 如何使公众相信高放废物能够安全处置
已经产生一定数量的高放废物
我国运行核电站已经产生乏燃料
在建和未来建造的核电站
也将产生乏燃料
核工业北京地质研究院，中国地震局地质研究所，北京大学地质系
核电站乏燃料数量
我国2020年建成的70个反应堆 全寿期产生的乏燃料： 14万吨 （美国110个反应堆的乏燃料总量：8.7万吨）
核工业北京地质研究院，中国地震局地质研究所，北京大学地质系
ACOUSTIC BOREHOLE TELEVIEWER
超声波钻孔电视测量是一种获得钻孔 直观ห้องสมุดไป่ตู้像的地球物理测井方法。其主 要特点是获得钻孔孔壁高分辨率图像， 进而确定钻孔揭露的结构面的特征。
Acoustic Borehole Televiewer (BHTV) logging is used to obtain the image of borehole wall. The main advantages of the BHTV are of high resolution and 360-degree coverage of the borehole from which the characteristics of fractures can be defined.
如何确保高放废物的安全处置-3
精心设计的多重工程屏障可以长期阻滞 放射性核素的迁移
三重工程屏障
•玻璃固化体 •废物罐 •缓冲材料：阻水，防止
核素迁移
各国地质处置库概念设计
如何确保高放废物的安全处置 -4
对处置系统的每一个过程都进行详细研究
• • • • • • • 地震 断层作用 地下水的侵蚀 地下水对废物的溶解 核素随地下水迁移 微生物作用 人为的钻探等
世界各国地下实验室
瑞典
法 国: Bure, Tournemire 比利时: Mol 德 国: Gorleben
加拿大
日本: 釜石、东浓 瑞浪、幌延
韩国: KURT
美国 瑞士
中国: 2020 世界各国地下实验室
瑞典ASPO 地下实验室
如何确保高放废物的安全处置 -6
采用现代大规模计算机模拟技术，详细预测处 置系统在未来100万年内的行为，其中1万年以 内的预测准确度较高。
我国高放废物地质处置进展
国务院2007年10月批准：
• 《国家核电中长期发展规划(2005-2020年)》
• 提出2020年前建成我国高放废物 地质处置地下实验室。
中国核工业集团公司 China National Nuclear Corporation
环保部、国防科工委、科技部
2006-2 公布