我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置戰(zhàn)略研究

潘自強(qiáng)，錢七虎

我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置戰(zhàn)略研究

潘自強(qiáng)，錢七虎

隨著我國(guó)核能事業(yè)的飛速發(fā)展，高放廢物的處理和處置，將成為一個(gè)重大的安全和環(huán)保問(wèn)題。這體現(xiàn)在最終如何安全處置核電廠乏燃料后處理產(chǎn)生的高放廢物、核武器研制和生產(chǎn)過(guò)程中已產(chǎn)生的高放廢物，以及我國(guó)存在的某些可能不宜后處理的乏燃料。

高放廢物的安全處置，是一個(gè)與核安全同等重要的問(wèn)題，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)和諧社會(huì)、確保我國(guó)核能事業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的重大問(wèn)題。在研究和開(kāi)發(fā)方面，高放廢物安全處置還存在一系列科學(xué)技術(shù)難題，需要幾十年堅(jiān)持不懈的努力來(lái)加以解決。在公眾接受方面，則存在一些需要認(rèn)真解決的重大社會(huì)學(xué)難題。西方國(guó)家的核能開(kāi)發(fā)情況表明，安全處置核廢物，尤其是高放廢物，已成為制約核能事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最關(guān)鍵因素之一。

為了推進(jìn)我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置工作，中國(guó)工程院開(kāi)展了“高放廢物地質(zhì)處置戰(zhàn)略研究”咨詢項(xiàng)目。本文就是反映了該項(xiàng)目的最終成果。

高放廢物安全處置是核能可持續(xù)發(fā)展的重要保障

高放廢物是一種放射性強(qiáng)、毒性大、半衰期長(zhǎng)的核素，并且是發(fā)熱的特殊廢物，對(duì)其進(jìn)行安全處置難度極大，面臨一系列科學(xué)、技術(shù)、工程、人文和社會(huì)學(xué)的挑戰(zhàn)，其最大難點(diǎn)在于使高放廢物與生物圈進(jìn)行充分、可靠的永久隔離，且隔離時(shí)間超過(guò)一萬(wàn)年。目前公認(rèn)的安全可靠、且技術(shù)上可行的方法是地質(zhì)處置方法，即在地表以下300～1 000 m建造“礦山式”處置庫(kù)，通過(guò)工程屏障和天然屏障永久隔離高放廢物。

高放廢物的安全處置受到國(guó)際組織和世界各國(guó)的高度關(guān)注。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)成員國(guó)大會(huì)于1997年通過(guò)了《國(guó)際乏燃料安全與放射性廢物安全公約》，明確條約簽字國(guó)安全處理、處置乏燃料和放射性廢物的責(zé)任。各有核國(guó)家也均在國(guó)家層面上高度重視高放廢物安全處置的工作。他們大部分通過(guò)制定國(guó)家政策、頒布法律法規(guī)、成立專門機(jī)構(gòu)、籌措專門經(jīng)費(fèi)、建立專門的地下研究設(shè)施和開(kāi)展長(zhǎng)期研究等方式，從政策、法規(guī)、機(jī)構(gòu)、經(jīng)費(fèi)、設(shè)施和科研等方面確保高放廢物的安全處置。

高放廢物安全處置的研究開(kāi)發(fā)具有長(zhǎng)期性的特點(diǎn)。需要進(jìn)行長(zhǎng)期的基礎(chǔ)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和工程研究，方可實(shí)現(xiàn)安全處置的目標(biāo)。美國(guó)于1957年提出高放廢物地質(zhì)處置的設(shè)想并開(kāi)始研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)，原計(jì)劃2018年建成處置庫(kù)，但奧巴馬上臺(tái)后，又提出需要重新研究。芬蘭于1976年開(kāi)始研究，到2020年建成處置庫(kù)，將歷經(jīng)45年，足見(jiàn)其工作的長(zhǎng)期性。

高放廢物地質(zhì)處置還具有成本高、投資大、投資周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。國(guó)際上每噸乏燃料處置的平均成本為66.3萬(wàn)美元。例如，美國(guó)整個(gè)處置計(jì)劃耗資575億美元，日本的整個(gè)處置計(jì)劃耗資3萬(wàn)億日元。

高放廢物處置經(jīng)費(fèi)一般來(lái)自政府投資和核電廠中一定比例的經(jīng)費(fèi)（一般按核電廠電費(fèi)收入的1%左右收取高放廢物地質(zhì)處置基金，美國(guó)每年約能收取6億美元）。前者用于處置軍工設(shè)施的高放廢物，后者用于處置民用核電廠的高放廢物。研發(fā)資金一般占總投資的10%～15%，如美國(guó)的總研發(fā)經(jīng)費(fèi)為65億美元，前期的年度研發(fā)經(jīng)費(fèi)達(dá)1.5億～2億美元。

西方國(guó)家多年以來(lái)的經(jīng)驗(yàn)表明，安全處置高放廢物是核能可持續(xù)發(fā)展的重要保障。高放廢物是核能工業(yè)的必然產(chǎn)物，對(duì)其安全處置是核能工業(yè)界義不容辭的任務(wù)。對(duì)于此項(xiàng)工作，社會(huì)各界均廣泛關(guān)注。關(guān)注之深，在某種程度上足以影響政府對(duì)核能發(fā)展的政策。芬蘭是一個(gè)成功的實(shí)例，由于其乏燃料安全處置扎實(shí)推進(jìn)，卓有成效，民眾支持核電建設(shè)，歐洲的第一臺(tái)EPR機(jī)組已在芬蘭開(kāi)始建造。

我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置進(jìn)展和存在的問(wèn)題

據(jù)估計(jì)，我國(guó)的核軍工設(shè)施已暫存了一定量的高放廢液，急需進(jìn)行玻璃固化和最終地質(zhì)處置。

根據(jù)2007年10月國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《國(guó)家核電發(fā)展專題規(guī)劃（2005—2020年）》中的核電規(guī)模，我國(guó)大陸到2020年投入運(yùn)行的核電裝機(jī)容量將達(dá)到4 000萬(wàn)千瓦，在建的裝機(jī)容量將達(dá)到1 800萬(wàn)千瓦。以此為基礎(chǔ)計(jì)算，到2020年我國(guó)將累積有約10 300 tHM乏燃料（其中壓水堆乏燃料約7 000 tHM和重水堆乏燃料約3 300 tHM）。《國(guó)家核電發(fā)展專題規(guī)劃（2005—2020年）》中于2020年建成的反應(yīng)堆，加上屆時(shí)在建的18個(gè)反應(yīng)堆，最終共將產(chǎn)生82 630 tHM乏燃料。關(guān)于2020年以后的乏燃料數(shù)量，每增加一座百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電廠，每年將多產(chǎn)生約22 tHM乏燃料，每個(gè)堆全壽期共產(chǎn)生約1 320 tHM乏燃料。如果我國(guó)核電規(guī)模達(dá)到100 GW，則所有這些核電廠產(chǎn)生的乏燃料總量將達(dá)到138 070 tHM。對(duì)這些軍工高放廢物和核電廠產(chǎn)生的高放廢物進(jìn)行最終安全處置，是確保我國(guó)的環(huán)境安全和核工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置研究工作于20世紀(jì)80年代中起步，30多年來(lái)，在選址和場(chǎng)址評(píng)價(jià)、核素遷移、處置工程和安全評(píng)價(jià)等方面均取得了不同程度的進(jìn)展。核工業(yè)北京地質(zhì)研究院等單位開(kāi)展了高放廢物處置庫(kù)場(chǎng)址預(yù)選研究，在對(duì)華東、華南、西南、內(nèi)蒙古和西北等5個(gè)預(yù)選區(qū)進(jìn)行初步比較的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了西北甘肅北山地區(qū)，在地質(zhì)調(diào)查和水文及工程地質(zhì)條件、地震地質(zhì)特征等研究基礎(chǔ)上，施工了四口深鉆孔，獲得了深部巖樣、水樣和相關(guān)資料，初步掌握了場(chǎng)址特性評(píng)價(jià)方法。在工程方面，研究了內(nèi)蒙古高廟子膨潤(rùn)土作為緩沖/回填材料的性能，以及低碳鋼、鈦及鈦鉬合金等材料在模擬條件下的腐蝕行為。在核素遷移方面，建立了模擬研究試驗(yàn)裝置及分析方法；研究了镎、钚、锝在特定條件下的某些行為。在安全評(píng)價(jià)方面，初步進(jìn)行了一些調(diào)研?？偟恼f(shuō)來(lái)，我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置研究工作，在經(jīng)費(fèi)十分有限，條件很困難的情況下，做了不少工作，特別是在選址和場(chǎng)址特性評(píng)價(jià)方面取得了一定進(jìn)展，但從總體上說(shuō)還處于研究工作的前期階段，距完成地質(zhì)處置任務(wù)的階段目標(biāo)任務(wù)還相差甚遠(yuǎn)。

2003年，我國(guó)發(fā)布《中華人民共和國(guó)放射性污染防治法》，其中第四十三條中明確規(guī)定“高水平放射性固體廢物實(shí)行集中的深地質(zhì)處置”，這從國(guó)家層面明確了深地質(zhì)處置的地位。2006年，國(guó)防科工委、科技部和國(guó)家環(huán)?？偩致?lián)合發(fā)布《高放廢物地質(zhì)處置研究開(kāi)發(fā)規(guī)劃指南》，明確了深地質(zhì)處置開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)路線和開(kāi)發(fā)的總體設(shè)想。2007年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)《國(guó)家核電發(fā)展專題規(guī)劃（2005—2020年）》，明確提出2020年建成我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置地下試驗(yàn)室的目標(biāo)，從而使高放廢物地質(zhì)處置進(jìn)入了新的階段。

但是，我國(guó)目前的高放廢物地質(zhì)處置研究也面臨一些問(wèn)題：

（1）沒(méi)有國(guó)家級(jí)高放廢物地質(zhì)處置專項(xiàng)規(guī)劃

目前，有關(guān)高放廢物地質(zhì)處置的政府行為只停留在部委一級(jí)層面上，沒(méi)有達(dá)到國(guó)家級(jí)層面（如全國(guó)人大和國(guó)務(wù)院），因此一些必須在國(guó)家級(jí)層面決策的事項(xiàng)（如政策和技術(shù)路線、政府部門分工、決策機(jī)制等）難以進(jìn)行；對(duì)高放廢物地質(zhì)處置如此重大的高難項(xiàng)目，目前還沒(méi)有國(guó)家級(jí)高放廢物地質(zhì)處置專項(xiàng)規(guī)劃，也沒(méi)有列入國(guó)家重大科技工程、“973計(jì)劃”和國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目研究計(jì)劃等。目前，我國(guó)的高放廢物地質(zhì)處置項(xiàng)目?jī)H在國(guó)家國(guó)防科工局“核設(shè)施退役和放射性廢物處理處置”專項(xiàng)中予以支持，其力度小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。

（2）政府法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)基本上還是空白

《中華人民共和國(guó)放射性污染防治法》明確了高放廢物實(shí)行集中的深地質(zhì)處置的原則，但至今尚沒(méi)有制定相關(guān)的法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如《高放廢物地質(zhì)處置規(guī)定》、《高放廢物處置庫(kù)選址標(biāo)準(zhǔn)》、《高放廢物處置安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等，這就嚴(yán)重影響了選址、場(chǎng)址評(píng)價(jià)、安全評(píng)價(jià)和工程設(shè)計(jì)等工作的推進(jìn)。

（3）尚沒(méi)有明確實(shí)施高放廢物地質(zhì)處置工程的責(zé)任主體

高放廢物地質(zhì)處置是國(guó)家行為，應(yīng)由政府總體負(fù)責(zé)。但具體實(shí)施，還需要由政府的專門部門或政府授權(quán)的獨(dú)立的機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)。目前，我國(guó)尚未有這樣的實(shí)施主體單位，已對(duì)當(dāng)前工作的推進(jìn)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

（4）決策機(jī)制不健全

高放廢物地質(zhì)處置時(shí)間跨度長(zhǎng)、技術(shù)難度大、影響面廣，是關(guān)系到子孫后代的萬(wàn)年大計(jì)，必須科學(xué)決策、民主決策，讓公眾和利益相關(guān)者廣泛參與決策。這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)好的決策機(jī)制。但是，我國(guó)目前決策機(jī)制和決策程序不明確，尤其是沒(méi)有明確國(guó)家層面的決策機(jī)制。

（5）經(jīng)費(fèi)投入極少，核電廢物處置的籌資機(jī)制空缺

目前，高放廢物地質(zhì)處置工程科研僅有原國(guó)防科工委“軍工核設(shè)施退役和三廢治理專項(xiàng)”這一個(gè)經(jīng)費(fèi)渠道，但它要解決的既是軍工高放廢物問(wèn)題，又是民用核電廠的高放廢物問(wèn)題，而后者的廢物量將來(lái)卻占絕大部分。我國(guó)“十五”期間高放廢物地質(zhì)處置的平均年度經(jīng)費(fèi)僅為400萬(wàn)元左右?！笆晃濉逼陂g增加到年均1 500萬(wàn)元左右，但仍然很低，遠(yuǎn)不能滿足高放廢物地質(zhì)處置的各項(xiàng)需求。更為重要的是，還沒(méi)有明確建立從核電電費(fèi)中收取高放廢物地質(zhì)處置所需資金的籌資機(jī)制，相關(guān)基礎(chǔ)研究也未列入國(guó)家計(jì)劃。

（6）研究開(kāi)發(fā)力量薄弱，缺乏研究平臺(tái)

目前，我國(guó)從事高放廢物地質(zhì)處置的專職科研人員約為50人左右，涵蓋地質(zhì)、工程、化學(xué)和安全評(píng)價(jià)等領(lǐng)域，與高放廢物地質(zhì)處置的艱巨任務(wù)相比，這支隊(duì)伍力量極為薄弱。另外，還嚴(yán)重缺乏高放廢物地質(zhì)處置的研究平臺(tái)，一些重大科學(xué)問(wèn)題還沒(méi)有解決、大量工程尺度課題根本就無(wú)法開(kāi)展，距離完成地質(zhì)處置任務(wù)的階段目標(biāo)還相差甚遠(yuǎn)。

（未完待續(xù)）

注：潘自強(qiáng)，中國(guó)工程院院士；錢七虎，中國(guó)工程院院士。本文為中國(guó)工程院咨詢項(xiàng)目“我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置戰(zhàn)略研究”課題組最終成果報(bào)告的摘 要版。課題組參加人員有：劉元方、李焯芬、趙鵬大、謝和平、從慧玲、王駒、尹衛(wèi)平、劉華、李承、李俊杰、陳竹舟、范仲、林森、羅嗣海、楊春和、鄭華鈴、徐國(guó)慶等。原文在2009年完成，本文是在原文的基礎(chǔ)上，做了部分修改而成。

The Geological Disposal of High-level Radioactive Waste Strategy Research in Our Country

PAN Zi-qiang，QIAN Qi-hu