對我國高放廢物處置研發(fā)工作的幾點(diǎn)建議

徐國慶

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)高放廢物地質(zhì)處置評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

我國高放廢物地質(zhì)處置的研發(fā)工作，從1985年正式啟動以來，至今已有27 a的歷史。這27 a來，該項(xiàng)研發(fā)工作有了長足的進(jìn)展：研發(fā)隊(duì)伍從無到有、從小到大；經(jīng)費(fèi)的投入有了大幅度的提升；區(qū)域和地區(qū)（地段）選址工作獲得了很大進(jìn)展；選址工作的相關(guān)法規(guī)正在建立和完善；高放廢物處置的研發(fā)工作已正式列入國家規(guī)劃；國際協(xié)作也得到了廣泛開展。這些可喜的進(jìn)展為我國今后該項(xiàng)研發(fā)工作的大發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)。為了更好地開展我國高放廢物處置的研發(fā)工作，筆者提出如下幾點(diǎn)建議，供業(yè)內(nèi)有關(guān)人士參考。

1 要高度重視高放廢物處置的安全性問題

安全性問題是高放廢物處置的最根本問題，一定要把這條主線牢記在心?，F(xiàn)就與此有關(guān)的幾個問題進(jìn)行討論。

1.1 高放廢物處置庫不同于一般地下工程設(shè)施

目前國際上公認(rèn)的高放廢物處置方案是地下工程處置，也就是早期所說的礦山式處置，但這類處置庫與一般地下工程設(shè)施，如地下油庫、地下軍事指揮部、地下武器庫和進(jìn)行核物理試驗(yàn)的地下實(shí)驗(yàn)室等不同，它具有如下明顯的特點(diǎn):

（1）處置庫中堆放的是高放廢物或 （和）乏燃料，它具有強(qiáng)放射性、高放射毒性、長半衰期和高釋熱率等特點(diǎn)，雖然它在廢物中所占體積甚小，但卻占全部廢物所有放射性的99%；

（2）處置庫近場有放射性熱效應(yīng)，同時(shí)對周圍的固體介質(zhì) （包括天然屏障和人工屏障）會引起輻射損傷，對流體介質(zhì)（主要是地下水）產(chǎn)生輻射分解，影響處置庫系統(tǒng)天然屏障和人工屏障的穩(wěn)定性，影響地下水的物理化學(xué)性質(zhì)；

（3）處置庫中的廢物安全處置期長達(dá)萬年以上，這是人類歷史上要求壽命最長的一項(xiàng)地下工程。

1.2 高放廢物的特性不同于低、中放廢物

高放廢物主要是指乏燃料經(jīng)后處理產(chǎn)生的高放廢液及其固化體。對不進(jìn)行后處理的國家，高放廢物也包括乏燃料。

由于高放廢物中的放射性核素具有強(qiáng)放射性、高放射毒性、長半衰期和高釋熱率等特點(diǎn)，因此，一般公認(rèn)為宜處置在地下500 m或更深的深部穩(wěn)定的地質(zhì)建造中。根據(jù)國外已有的經(jīng)驗(yàn)，處置庫選址工作一般需耗時(shí)n×10 a。同時(shí)處置安全期長，至少要1×104a以上。而低中放廢物毒性相對較低，半衰期也較短，要求的處置安全期一般僅為300～500 a，其處置場的選址時(shí)間一般只需n×100a，且該類廢物一般都處置在地表或近地表處，如法國的芒什和我國的西北處置場，但也有一些處置在地下深部，如德國的Asse。當(dāng)然，屬于低中放廢物的α廢物也需要進(jìn)行深部處置，如美國的WIPP。

因此，低中放廢物處置場的選址工作要遠(yuǎn)比高放廢物處置庫的選址工作容易得多，故不少國家都擁有自己的低中放廢物處置場，就連在開展處置庫選址工作十分困難的日本，也有自己的低中放廢物處置場。但對高放廢物處置庫的場址，至今只有極少數(shù)國家被確認(rèn)。所以，高放廢物處置庫的選址工作是一項(xiàng)長期而極為復(fù)雜的工作，對于這點(diǎn)要有足夠的思想準(zhǔn)備。

1.3 高放廢物處置庫選址不同于核電站選址

核電站的安全性極為重要，它涉及核電站周邊人們的健康與安全。 前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站事故和2011年日本福島第一核電站的核泄漏事故帶來的巨大的環(huán)境災(zāi)難和人員財(cái)產(chǎn)的損失已充分說明了維護(hù)核電站安全的重要性。但處置庫與核電站具有下列兩點(diǎn)明顯不同：

（1）核電站運(yùn)行時(shí)間短，只有n×10 a，而處置庫壽命長，一般在1×104a以上，有的國家甚至要求達(dá)1×106a之久；

（2）處置庫一般貯存了一個國家所有核電站的高放廢物和乏燃料，其總比活度要遠(yuǎn)比單個核電站的放射性總比活度大，因此，處置庫比核電站具有更大的潛在危險(xiǎn)性。

基于上述兩點(diǎn)，處置庫在選址方面的要求應(yīng)該比核電站要高。

1.4 深地質(zhì)處置不同于近地表處置

核廢物的淺部和深部處置，如上所述，是由各類廢物自身的特點(diǎn)所決定的。淺部處置如果出了核事故，則易于人工干預(yù)，正如切爾諾貝利和福島第一核電站那樣；而深部處置一般要比淺部處置更為安全，但如果一旦出了核事故（如由地震引起的處置設(shè)施破壞和地下水入侵），則深部處置難以進(jìn)行人工干預(yù)，有毒核素就會隨地下水向外遷移，其產(chǎn)生的后果可能要遠(yuǎn)比今日的日本福田和前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站事故更為嚴(yán)重得多。因此，對處置庫場址的安全性要求要遠(yuǎn)高于對核電站場址的安全性要求。現(xiàn)今世界上（截至2011年9月15日）已運(yùn)行的核電機(jī)組為433臺，在建的有65臺［1］，但高放廢物處置庫場址至今只有極少數(shù)國家被選定（如芬蘭的Olkiluoto、瑞典的Forsmark和美國的 Yucca山），且處置庫至今也沒有一個建成的，這足以說明高放廢物處置庫選址難度要遠(yuǎn)大于核電站的選址難度。

2 選擇一個安全穩(wěn)定的場址是處置庫系統(tǒng)安全首要考慮的問題

處置庫選址應(yīng)考慮眾多因素，除自然因素（如地質(zhì)、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)）外，還與社會、政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等諸多因素有關(guān)，因此，一個處置庫場址的選定是一項(xiàng)長期而復(fù)雜的工作。本文談及的主要是選址的自然條件。

處置庫為了安全處置高放廢物，一般采用多重屏障系統(tǒng)，有天然屏障和人工屏障。天然屏障一般指的是處置庫圍巖，而人工屏障又稱工程屏障，一般指的是廢物體、廢物罐、外包裝和回填/緩沖材料。這里應(yīng)該明確，一個處置庫的安全性，天然屏障是主要的，人工屏障是彌補(bǔ)天然屏障的某些不足而采取的人工措施，我們期望這兩重屏障在廢物處置后都能有效地發(fā)揮它應(yīng)有的作用。從廣義上說，處置庫工程本身也可理解為人工屏障的一部分。要這些多重屏障系統(tǒng)能完好地發(fā)揮作用，還必須有一個重要的前提條件，即處置庫場址必須選在一個區(qū)域地殼穩(wěn)定的地區(qū)。如這一問題得不到解決，即使其他條件很優(yōu)越，場址也難以被最終確認(rèn)。我國目前正處于區(qū)域預(yù)選和地區(qū)（地段）預(yù)選階段，因此，在現(xiàn)階段應(yīng)以查明場址區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題為首要任務(wù)。只有在此研究基礎(chǔ)上才能談及處置庫圍巖的選擇，以及場址的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖石力學(xué)和工程建造等有關(guān)問題的研究，因?yàn)椴煌倪x址階段其主攻任務(wù)是不同的。

發(fā)生在2008年5月12日的中國汶川8級地震和2011年3月11日的日本東北部海域（宮城東130 km處） 9級地震（又稱東日本大地震）留給人們的記憶是十分慘烈的。9級地震相當(dāng)于美國在二戰(zhàn)時(shí)投在廣島的30 000多顆原子彈所具有的能量總和，那是全美國將近一個月的能量消耗［2］。強(qiáng)烈地震會引起地質(zhì)體錯位，同時(shí)引發(fā)處置庫工程破壞和地下水入侵，而且隨之而來的后果更是不堪設(shè)想。在地震和海嘯的雙重襲擊下，福島第一核電站的1～4號機(jī)組出現(xiàn)了核泄漏事故，其中1號機(jī)組的事故級別被定為與切爾諾貝利核事故同級別，即最高級別——7級，并要求當(dāng)?shù)鼐用癯冯x到距1號機(jī)組20 km以外的地區(qū)。此次地震給當(dāng)?shù)鼐用駧砹司薮蟮纳拓?cái)產(chǎn)損失。由此假設(shè)，如果處置庫發(fā)生破壞，其后果必將更為嚴(yán)重。

依據(jù)美國國家航空航天局收集的資料得知，日本的這次強(qiáng)震使日本本州島向東移動了大約3.6 m，使地球自轉(zhuǎn)加快了1.6 μs，地軸移動了6 μ。日本國土地理院也宣布，由于這次地震，位于震中西北部的宮城縣牡鹿半島向震中所在的東南方向移動了約5.3 m，同時(shí)下沉約1.2 m，這是日本有觀測史以來最大的地殼變動記錄。據(jù)報(bào)道，朝鮮半島也因?yàn)檫@次強(qiáng)震而東移了5.16 cm，甚至我國北方地區(qū)也出現(xiàn)了幾毫米的東移現(xiàn)象。美國地質(zhì)調(diào)查局高級顧問戴維·艾伯蓋特表示，地震還在海底造成了一條長300 km、寬150 km的裂縫［2］。因此，為了人類的健康生活，在處置庫選址時(shí)應(yīng)首先查明場址的區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題，因?yàn)榈卣鹨鸬膶μ幹脦斓钠茐?，通常是難以用加強(qiáng)人工屏障的方法來彌補(bǔ)的。

通常將震源深度在0～70 km范圍內(nèi)的地震，叫做淺源地震。淺源地震的發(fā)震頻率高，占地震總數(shù)的72.5%，其釋放的地震能量占總釋放能量的85%。其中，震源深度在30 km以內(nèi)的占多數(shù)。本次日本地震震源深度為24.4 km，因此為淺源地震。處置庫深度一般為500 m左右，因此也屬淺源地震范圍，所以場址的區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究顯得尤為重要。

3 關(guān)于開展處置方案的討論

3.1 處置庫系統(tǒng)中輻射防護(hù)劑量標(biāo)準(zhǔn)的確定和環(huán)境評價(jià)時(shí)間尺度的確定

美國對尤卡山候選處置庫系統(tǒng)的環(huán)境評價(jià)時(shí)間尺度以前定為1×104a，后來又主張定為1×106a；瑞典對Forsmark候選處置庫系統(tǒng)的環(huán)境評價(jià)時(shí)間尺度定為1×105a［3］。那么中國對未來處置庫系統(tǒng)的環(huán)境評價(jià)時(shí)間尺度定為多少年?為什么要提這個問題，因?yàn)槿绻@個問題的答案不確定，處置庫場址的安全分析和環(huán)評工作就無法進(jìn)行，最后會導(dǎo)致場址評價(jià)工作無法完成。由于環(huán)評時(shí)間尺度的確定與處置系統(tǒng)中輻射防護(hù)劑量標(biāo)準(zhǔn)的確定有關(guān)，因此，應(yīng)對這兩個問題同時(shí)進(jìn)行研究和解決。

3.2 處置方案的確定

3.2.1 處置庫施工方案

入口工程采用豎井還是斜道施工？ 豎井施工有幾個？ 處置庫深度是多少？ 整個工程的開掘方案是什么？這些問題不明確，處置庫的概念設(shè)計(jì)則無法進(jìn)行。

3.2.2 處置后的廢物回取與否

放射性廢物的 “廢物”概念是相對的，這與當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平、國家急需情況和經(jīng)濟(jì)成本等因素有關(guān)。在2000年左右，美國針對尤卡山候選處置庫，首先提出處置后的高放廢物及乏燃料經(jīng)300 a后要回取的方案。這個方案在歐洲有些國家（如法國和瑞典等）產(chǎn)生了一定程度的反響，他們也在各自國家的地下實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了一些相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，但還未列入國家的正式處置方案之中（除法國外），如瑞典的KBS-3方案所示的那樣［4］。

由于尤卡山廢物處置采用的是廢物處置后可回取的方案，因而在處置過程中不用回填/緩沖材料，因此，美國自2000年以后，中止了以前與瑞典一樣進(jìn)行大規(guī)模的回填/緩沖材料的研究工作，而開始研究廢物罐外的防滴水罩問題。對于這些問題，我們會采用哪種辦法?早明確要比晚明確好，要盡量少走彎路，避免不必要的損失。

3.2.3 中國需要的是什么樣的地下實(shí)驗(yàn)室？何時(shí)建造較為合適？

處置庫場址的最終確認(rèn)，是通過被選定在處置庫場址上的場址特定地下實(shí)驗(yàn)室的研究工作而得到最終實(shí)現(xiàn)的。如美國尤卡山場址的ESF和瑞典于2013年將在Forsmark處置庫場址上建造的地下實(shí)驗(yàn)室就屬于此類地下實(shí)驗(yàn)室。普通地下實(shí)驗(yàn)室并不位于被選定的處置庫場址上，由于地質(zhì)情況因地而異（這一點(diǎn)往往不被人們所理解），因此，由它而獲得的參數(shù)不能作為處置系統(tǒng)性能評價(jià)的直接依據(jù)，也就是說，普通地下實(shí)驗(yàn)室在最終確認(rèn)場址方面不能替代場址特定地下實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)閮烧吒饔凶约旱墓δ芎蜌v史定位［5］。

普通地下實(shí)驗(yàn)室，自1965年起，已陸續(xù)開發(fā)了許多個，它的主要任務(wù)是進(jìn)行方法學(xué)研究，初步為處置庫系統(tǒng)性能評價(jià)提供數(shù)據(jù)，同時(shí)在培養(yǎng)人才、積累經(jīng)驗(yàn)和加快場址特定地下實(shí)驗(yàn)室研究工作進(jìn)程方面也起到了積極作用。因此，如果國家經(jīng)濟(jì)條件允許，在我國先成立一個普通地下實(shí)驗(yàn)室也未嘗不可，比如在日本這類地下實(shí)驗(yàn)室就有5個，而且有的規(guī)模還不小，如瑞浪地下實(shí)驗(yàn)室深達(dá)1 000 m， 幌延地下實(shí)驗(yàn)室有3個豎井［5］。 假如我國在2000年前要建成地下實(shí)驗(yàn)室的話，那么這類地下實(shí)驗(yàn)室只能是普通地下實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)槲覈幹脦靾鲋分两襁€未被選定。不少業(yè)內(nèi)人士指出，既然是建普通地下實(shí)驗(yàn)室，國外這類地下實(shí)驗(yàn)室又很多，何必要重復(fù)他人工作，可派人去有關(guān)國家學(xué)習(xí)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。筆者認(rèn)為，瑞士和日本等國也都派人去加拿大和瑞典等國學(xué)習(xí)過地下實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但這些國家并未因此而中止各自國家普通地下實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)工作，由此可見，他們執(zhí)行的是自力更生為主，外派學(xué)習(xí)為輔的方針?？傊诤螘r(shí)建造地下實(shí)驗(yàn)室，建成何種類型的地下實(shí)驗(yàn)室，國內(nèi)業(yè)內(nèi)人士意見尚不統(tǒng)一，這需要決策機(jī)構(gòu)來進(jìn)行最后裁定。

4 其他問題

4.1 立法問題

由于我國高放廢物處置的研發(fā)工作起步較晚，因而常缺乏相關(guān)的規(guī)定、導(dǎo)則或標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在有關(guān)部門雖做了一些努力，但整個高放廢物處置研發(fā)工作的立法工作仍處于滯后狀態(tài)，這方面美國走在我們前面，做了不少工作，可以借鑒。

4.2 完善審管機(jī)關(guān)

現(xiàn)在我國高放廢物處置研發(fā)工作的審管機(jī)關(guān)雖已初步建立，但還不完善，如階段性工作完成之后，國家應(yīng)設(shè)有專門機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行評審，并實(shí)行許可證制度。我國高放廢物處置的研發(fā)工作至今已進(jìn)行了27 a，但還沒有進(jìn)行過一次國家專門評審機(jī)構(gòu)的評審。一般的專家組的評審意見，僅供領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)決策參考，起咨詢作用，不具法律效應(yīng)，但國家專職的評審機(jī)構(gòu)卻負(fù)有法律責(zé)任，因此，應(yīng)盡快建立國家級相應(yīng)的評審機(jī)構(gòu)。

4.3 建立國家級專家委員會

國外不少國家都建有全國性的專家委員會，其成員是固定的，都是國內(nèi)核廢物處置領(lǐng)域各相關(guān)方面的資深專家。這些成員是由高級政府部門遴選的（如加拿大）或由總統(tǒng)直接任命的（如美國）。他們負(fù)責(zé)為政府領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)的決策提供高放廢物處置方針、政策和實(shí)施方案等方面的建議。目前我國還沒有這類專設(shè)的專家委員會，若有此機(jī)構(gòu)，將有助于我國高放廢物處置事業(yè)的更好發(fā)展。

由于我國高放廢物處置研發(fā)工作起步較晚，專家們又來自各個不同的研究領(lǐng)域，因此建議，在建立國家級專家委員會后，組織專家們進(jìn)行適當(dāng)再學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)IAEA和國內(nèi)有關(guān)法規(guī)導(dǎo)則，學(xué)習(xí)國外已有的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例，有必要的話可對有些國家進(jìn)行重點(diǎn)考察，以期了解高放廢物處置研發(fā)工作的全貌，了解研發(fā)工作的階段性及各階段研發(fā)工作的重點(diǎn)，了解各學(xué)科如何協(xié)同作戰(zhàn)，以及了解對已有成果的評審依據(jù)和準(zhǔn)則等。只有專家們知曉高放廢物處置研發(fā)工作的全貌和各個環(huán)節(jié)，才能有效地指導(dǎo)全國高放廢物處置的研發(fā)工作。

4.4 統(tǒng)籌安排與分步?jīng)Q策

研發(fā)工作如果沒有統(tǒng)籌安排（如無頂層設(shè)計(jì)或性能評價(jià)指導(dǎo)大綱總體設(shè)計(jì)等）就會導(dǎo)致研發(fā)工作的一定盲目性，導(dǎo)致有些單位無序爭報(bào)申請項(xiàng)目，造成研究項(xiàng)目重復(fù)。但要完成此項(xiàng)工作，也并非易事，它需要各行各業(yè)熟悉高放廢物處置研發(fā)工作的專家參與。一個單位，由于業(yè)務(wù)的局限性，是難以完全勝任此項(xiàng)任務(wù)的。現(xiàn)在我們的問題是，至今還沒有一個屬于國家層面上完善的頂層設(shè)計(jì)。如果有了此類設(shè)計(jì)，今后我國的五年規(guī)劃和年度計(jì)劃的安排會做得更加有序和協(xié)調(diào)，這將促使我國高放廢物處置事業(yè)更加穩(wěn)健而快速地發(fā)展。

由于人們對事物的認(rèn)知是通過不斷實(shí)踐而加深，因此，頂層設(shè)計(jì)也要隨著時(shí)間的推移而進(jìn)行不斷修改和完善。

近年來，IAEA在文獻(xiàn)中多次強(qiáng)調(diào)研發(fā)工作的分步?jīng)Q策思想［6］，這是符合認(rèn)識論原理和高放廢物處置研發(fā)工作發(fā)展的客觀規(guī)律的。

分步?jīng)Q策要求研發(fā)工作要分階段進(jìn)行，每個階段都要有明確的目標(biāo)、任務(wù)和具體實(shí)施方案。否則，研發(fā)階段就有可能發(fā)生錯位或交錯進(jìn)行，把不該安排在這一階段的項(xiàng)目安排在這一階段或把該安排在這一階段的項(xiàng)目未安排在這一階段，這樣就會延誤整體研發(fā)工作的進(jìn)展。如現(xiàn)階段應(yīng)重點(diǎn)突出選址工作，首先要解決處置庫選在什么地方，這樣才能為后續(xù)工作創(chuàng)造條件，打好基礎(chǔ)。

4.5 加強(qiáng)黏土巖地區(qū)的選址工作

目前，我國花崗巖地區(qū)的研發(fā)程度要遠(yuǎn)高于黏土巖地區(qū)，如果黏土巖地區(qū)的研發(fā)工作至今還未加大投入力度，這勢必會影響我國選址工作的整體進(jìn)程，因?yàn)閳鲋返倪x定是在對比研究中完成的。

［1］European Nuclear Society.Nuclear power plants，world-wide［EB-OL］. ［2011-12-20］.http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/nuclear-powerplant-world-wide.htm.

［2］付舜彥. 東日本大地震［EB-OL］.［2011-12-18］.http://baike.baidu.com/view/5360770.

［3］Vietnam Atomic Energy Institute， Ministry of Science and Technology， Vietnam. Forsmark for Swedish nuclear waste: The world’s first permanent disposal site for used nuclear fuel will be at Forsmark， Sweden’s SKB announced today ［EB -OL］. ［2011 -12 -19］. http://vaec.gov.vn/en/TabId/684/ArticleId/2592/PreTabId/630/Default.aspx.

［4］John Anderson， Anders Strom， Christer Svemar， et al.What requirements does the KBS-3 repository make on the host rock？-Geoscientific suitability indicators and criteria for sitting and site evaluation，Technical Report TR-00-12［R］.Stockholm:SKB，2000.

［5］徐國慶.關(guān)于地下實(shí)驗(yàn)室分類的討論［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)， 2010， 27（3）:170-177.

［6］IAEA（IAEA Safety Standards Series）.Geological disposal of radioactive waste， draft safety requirements， DS 154，IAEA［R］.Vienna:IAEA.2004.