地球安全罩
——核廢料處置庫

佚名

地球安全罩
——核廢料處置庫

A safety shield for the earth: disposal warehouse for nuclear waste

佚名

核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸。核電的另一個優(yōu)勢是無污染，幾乎是零排放，對于環(huán)境壓力較大的中國來說，符合能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

自1991年中國第一座核電站——浙江海鹽秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電至今，中國核電事業(yè)獲得了飛速發(fā)展。截至2013年底，我國共有17臺核電機組投入商業(yè)運行，在建機組30臺。在“十二五”規(guī)劃中的核電規(guī)劃指出：到2015年，核電裝機規(guī)模將達到3900萬千瓦；到2020年，核電裝機規(guī)劃將提高到8600萬千瓦，而中國的核電裝機規(guī)模從當時已經(jīng)投產(chǎn)的1000萬千瓦提到8600萬千瓦，一下子就翻了8倍多。當時中廣核一位高層對此激動地表示，“新政策對核電的明確支持，哪止是‘核電的春天’，簡直已進入盛夏了！”然而，日本“3·11”大地震導致的嚴重核泄漏事件，卻給中國的“核電盛夏”當頭潑了一盆冷水。我國發(fā)展核電的整體戰(zhàn)略不會因此發(fā)生大的改變，但如何在受益核電的同時，將輻射風險降為最低，是我們必需研究的問題。

核廢料按放射性活度及危害大小，分為高、中、低三種。我國對放射性固體廢物實行分類處置，即中低放固體廢物實行區(qū)域近地表處置，而高放固體廢物與α放射性固體廢物實行集中的深層地質處置。根據(jù)世界核學會的數(shù)據(jù)，核廢料中97%是中低放廢物，只有3%是高放廢物。由于高度放射性核廢料對環(huán)境與人體都有極大的危害性，核廢料處理問題也日益顯現(xiàn)，這也是全世界關注的難題。

嶺澳核電站

中國核廢料存量的明細賬

根據(jù)清華大學核能研究設計院的專家統(tǒng)計：目前，中國因核技術運用產(chǎn)生廢料累計近1萬立方米左右，研究開發(fā)產(chǎn)生的廢料大概在5000立方米左右，軍工生產(chǎn)遺留下的核廢料大約有幾萬立方米，核運用產(chǎn)生的放射源有上萬枚。另外，鈾礦開采時產(chǎn)生

的含放射性物質的廢礦石有幾千萬噸，核礦渣有幾千萬噸。上述數(shù)據(jù)，就是目前中國整個核廢料存量的明細賬。從中可以看出，中國目前核廢料的主要來源還不在核電站。核電站產(chǎn)生的核廢料存量比重低，主要是因為核電站邊生產(chǎn)邊處置核廢料。

一座100萬千瓦的核電站一年產(chǎn)生幾十噸放射性廢料，這些核廢料加工處理后將產(chǎn)生4立方米高輻射核廢料、20立方米中輻射核廢料、140立方米低輻射核廢料和200立方米非輻射性廢料。這些核廢料都暫存在核電廠自建的硼水池中，硼水可以吸收核廢料產(chǎn)生的大部分能量。每個硼水池足以儲存核電站10年運行所產(chǎn)生的核廢料（乏燃料，即經(jīng)核電站發(fā)電使用過的核燃料）。最后這些核廢料將轉運到全國統(tǒng)一的放射性核廢料處置庫。

在過去30年里，美國運行著的100多個核電站，大部分都采用這種方法處理。目前，美國核發(fā)電站產(chǎn)生的核廢料共有4.5萬噸，并且正以每年2000噸的速度增加。德國核電站、實驗室及醫(yī)學機構每年產(chǎn)生20萬立方米放射性廢料。與美德等國相比，中國的核廢料處理遠沒有到“最危險的時候”。專家推測，中國核廢料存儲空間上的壓力會在2030年前后出現(xiàn)，那時，僅核電站產(chǎn)生的高放射核廢料，每年就將高達3200噸。

核廢料處理形式

所謂核廢料，是指核電站在運行中產(chǎn)生的含有放射性的物質。從技術層面來看，核廢料主要分為高放射性、中放射性、低放射性三類。高放射性核廢料主要包括核燃料在發(fā)電后產(chǎn)生的乏燃料及其處理物。中低放射性核廢料一般包括核電站的污染設備、檢測設備、運行時的水化系統(tǒng)、交換樹脂、廢水廢液和手套等用品。中低放射性核廢料危害較低；高放射性核廢料則含有多種對人體危害極大的高放射性元素，例如只需10毫克钚就能致人斃命，因此各種核廢料處置方法是不一樣的。

中國對中低放射性核廢料的處理，按國家標準和國際原子能機構的要求處理，不論是固體核廢料還是液體核廢料，都要進行固化處理，然后裝在200升的不銹鋼桶里，放在淺地層的處置庫里。

國際上對高放射核廢料有兩種處理方式，一種是直接把乏燃料當核廢料，經(jīng)過處理裝在大罐子里直接埋到很深的地層下，像美國、俄羅斯、加拿大、澳大利亞等幅員遼闊的國家目前都是這樣做的。還有一種是將裝有核廢料的金屬罐投入選定海域4000米以下的海底。中國對高放射廢物的處理方式是，先把乏燃料送到處置場進行玻璃固化，之后再放到至少500米深的地層內埋掉。

將核廢料埋在永久性處置庫是目前國際公認為最安全的核廢料處置方式。不過，在西方社會，由于環(huán)保人士的強烈反對，政府要找到一個不被反對的核廢料永久存放地不是一件容易的事，因此更傾向在中低放射性核廢料庫中暫時存放，同時期待有更安全、更能被接受的處理技術和方案出現(xiàn)，再作最終處理。為了保證核廢料得到安全處理，各國在投放時要接受國際監(jiān)督。

中國核廢料處置庫現(xiàn)狀

目前，中國已建有兩座中低放射核廢料處置庫，并準備再建兩座，但還沒有一座高放射處置庫。已建成的兩座中低放射核廢料處置庫，分別位于甘肅玉門和廣東大亞灣附近的北龍。甘肅玉門西北處置場位于原核工業(yè)404廠廠區(qū)內，該廠為我國最早的核工業(yè)基地之一。廣東北龍?zhí)幹脠鍪冀ㄓ?998年，于2000年建成，位于大鵬半島排牙山東側的一條低緩的小山梁上，距大亞灣核電站5千米，距嶺澳核電站4千米。占地近21公頃，設計總處置容量為8萬立方米，工程造價約8000萬元。主要接收和處置廣東省核電站產(chǎn)生的低中水平的放射性固體廢物。

這兩個中低放處置場，占地20～50萬立方米不等，附近還要設置幾十平方千米的安全屏障。西北處置廠位于地表之下，距離地表有10～20米；北龍?zhí)幹脠鼋ㄓ诘乇碇?，形成一個方盒子樣子的封閉處。這個封閉處土埋之后形成山包，上面進行了綠化。一個中低放處置場，一般需要與外界300～500年的隔離期。

與各地爭上核電項目的沖動相比，地方政府對于在當?shù)亟ㄔO處置場卻有著不小的抵觸情緒。華東處置場的選址就是由于這一原因而一直沒有能夠定下來。有關方面認為，應該建在浙江。因為浙江的核電站建設起步最早，建設的也最多。據(jù)測算，現(xiàn)在建造一個中低放處置場，大約需要2億元的資金。按照規(guī)劃，除了已建好的華南、西北兩處，還將在華東和西南建設兩座區(qū)域性中低放廢物處置庫。

目前，我國核廢料的處置監(jiān)管由中華人民共和國環(huán)境保護部核安全管理司負責。該司也就是以前的國家核安全局，后來并到環(huán)保總局。2005年上半年，當時國防科工委專門開了一個處置高放射物質研討會，著手進行中長期核廢料處置規(guī)劃，研討會編制了一個指南，還組成了一個專家委

員會，最后確定：中國將建設一座永久性高放射物質處置庫，容量要能儲存100至200年間全中國產(chǎn)生的核廢料，在滿了之后就永久地封掉。即至少100年之后，大陸才會出現(xiàn)第二座永久性高放物處置庫。

高放射核廢料處置庫選址

世界各國幾十年來對高放射性核廢料處理技術進行了廣泛的研究，經(jīng)過對各種方法評估比較后，深地質處置法成為最佳選擇，即將高放射性核廢料保存在深入地下幾百米處的特殊處置庫內。由于核廢料的高度危險性，一旦處置庫選址不當，將造成無法挽回的損失。因此核廢料處置庫選址必須非常慎重，需要綜合考慮整個國家的經(jīng)濟發(fā)展布局、人口分布、交通設施、候選地的地質、水文和氣候條件等因素。一般來說，世界各國的核廢料處置庫都建在經(jīng)濟落后、人煙稀少的地區(qū)。

根據(jù)中國核電發(fā)展規(guī)劃，我國大約會在2015年至2020年左右，確定永久性高放射核廢料處置庫的庫址。目前全國庫址勘查共有六大片，即華東、華南、西南、內蒙、新疆、甘肅。華東以前曾考慮選址在江蘇、浙江、安徽三省交界處，那里地質巖性比較好，但考慮到以后的經(jīng)濟發(fā)展，最后沒有再去做更多的勘測工作。

西北地區(qū)甘肅敦煌北山的條件非常優(yōu)越，這里位于敦煌莫高窟東南約25千米，是一片與海南省面積相當?shù)母瓯跒?，人煙非常稀少，整個地區(qū)人口不到1.2萬人，可以說除了沙礫和枯黃的駱駝草以外，寂寞得連回聲都沒有。北山經(jīng)濟發(fā)展較為落后，周圍沒有什么礦產(chǎn)資源，建設核廢料庫對經(jīng)濟發(fā)展影響較小。這里氣候條件也很理想，全年降雨量只有70毫米，而蒸發(fā)量卻達3000毫米，因此地下水位很低，也就減少了放射性元素隨地下水擴散的危險。北山還擁有便利的交通運輸條件，庫址距離鐵路只有七八十千米。此外北山的地質條件非常優(yōu)越，這里地處地殼運動穩(wěn)定區(qū)，在西北是有科學道理的。

保障十萬年安全

為避免對當?shù)丨h(huán)境造成不良影響，高放射性核廢料必須經(jīng)過嚴格的處理過程。這些核廢料首先要被制成庫址所在地有著完整的花崗巖體，而花崗巖是對付輻射的最好的‘防護服’。國際原子能機構的專家們在北山進行考察之后稱，北山是世界上最理想的核廢料庫址之一。

核廢料中有不少放射性同位素，其放射性完全衰減往往需要上萬年甚至更長的時間。比如說，钚-239的半衰期為24000年，因此，處置庫選址時首先考慮的就是地殼穩(wěn)定，同時還要考慮地下水位的高低，避免多年后放射性同位素滲入地下水而隨之擴散。具體說選址分成兩方面，一是社會經(jīng)濟因素，二是自然條件。前一方面要考慮當?shù)厝丝诘姆植?，?jīng)濟的發(fā)展，河流的分布，地上植被狀況；后一點就強調地殼穩(wěn)定，火山、地殼活動層等因素都要被充分考慮。因此，將中國永久性的高放核廢料處置庫放玻璃化的固體，然后被裝入可屏蔽輻射的金屬罐中，最后將這些金屬罐放入位于地下500～1000米的處置庫內。由于核廢料的半衰期從數(shù)萬年到10萬年不等，在選擇處置庫時必須確保其地質條件能夠保障處置庫至少能在10萬年內安全。

為核電站提供核燃料的鈾礦礦藏一般都蘊藏在斷層較多、地質條件不穩(wěn)定的地區(qū)，但是只要不開采，這些鈾礦床并不會對地表環(huán)境造成什么影響。核廢料處置庫建設在一個沒有地質斷層，地殼運動穩(wěn)定的地方，深度比鈾礦床要深很多，周圍又設有防護輻射的工程屏障，使其與外部環(huán)境相隔離。既然與地表隔離條件不好的鈾礦床都不會對地表環(huán)境造成什么影響，那么專門建設的核廢料處置庫必然比天然的鈾礦床更加安全。

運輸過程萬無一失

由于建設在東南沿海的核電站與位于西北的核廢料處置庫之間相隔數(shù)千千米，核廢料的運輸過程需耗時一周左右，沿途還要經(jīng)過許多人口稠密的地區(qū)，因此核廢料的運輸安全問題也非常重要。

目前中國核廢料主要通過陸路運輸，長途使用火車，短途使用汽車，這也是目前世界各國核廢料運輸?shù)闹饕绞?。這種運輸方式經(jīng)過幾十年發(fā)展，技術上已經(jīng)很成熟，從其他國家的經(jīng)驗看，這種方式有著長期的安全記錄。中國在核廢料的運輸方面也有一套嚴格的運輸程序和保障體系。

首先，核廢料將被裝入特殊的罐狀運輸容器，這種容器可以有效屏蔽輻射，運輸核廢料的火車車廂和汽車也必須經(jīng)過特殊改裝。其次，在選擇運輸路線時，有關部門將對沿途的道路、橋梁和沿線的地形、環(huán)境等因素進行詳細分析比較，選擇出最安全的線路。在運送過程中，武警部隊將對運輸核廢料的車隊進行全程武裝押運，車隊還配備有專門的導引車、保衛(wèi)車以及其他一些保障車輛。先進的設備可以確保前后方通訊順暢，有關部門還將通過衛(wèi)星全程監(jiān)控運輸車隊，隨時掌握車隊位置。車隊啟程前還要通知沿途各地公安、交通部門做好各項配合工作，所有這些措施將保證核廢料的運輸過程萬無一失。2003年底，大亞灣核電站的第一批核廢料由于廣東北龍?zhí)幹脠鑫磫⒂枚ㄟ^公路運輸運到西北處置場，前后四批都很順利。

建設核廢料處置庫的必要性

由于在核廢料處置庫建成之前，所有的高放射性核廢料只能暫存在核電站的硼水池里。如果我們不能及時建成核廢料處置庫，中國核工業(yè)將面臨核廢料無處存放的境地。

在這方面，美國曾有過慘痛的教訓。美國原計劃在1998年建成高放射性核廢料處置庫，但由于技術難度過高，盡管美國政府投入了大量財力、人力進行研究，最終還是不得不將建成時間一再延長。這一結果直接導致了美國40多個核電站儲存核廢料的水池全部爆滿，造成了巨大經(jīng)濟損失并使核電站業(yè)主狀告美國能源部。

我國的高放射性核廢料處置庫計劃在2030-2040年建成，可以說已經(jīng)相當緊迫。同時，高放射性核廢料處置庫又是一項耗資巨大的工程，以美國為例，其尤卡山核廢料處置庫工程預算達962億美元。根據(jù)中國核電未來規(guī)模，中國高放射性核廢料處置庫將耗資數(shù)百億人民幣，容量足以容納中國核工業(yè)未來產(chǎn)生的所有高放射性核廢料。我們的處置庫將把核廢料永遠地禁錮在地下深處。

世界各國核廢料處理概況

美國是世界最大的核廢料產(chǎn)生國，上百個核電站每年產(chǎn)生約2000噸核廢料，其中高放射性的乏燃料分布在39個州的131個暫存地點。位于內華達州拉斯維加斯西北150千米的尤卡山，將會成為美國第一個核廢料處置場，該工程于1983年啟動，規(guī)劃于2020年左右開始運行，2133年關閉退役。預計要花費大約962億美元（籌劃、設計135億美元，基建、運營、退役548億美元，燃料轉運等195億美元，其它花費84億美元）?？少A存109 300噸高放廢料。

迄今為止，美國能源部已經(jīng)花費了約60億美元來開發(fā)尤卡山核廢料處置場，包括建造了一條8000米長、穿越整個山區(qū)的U形隧道（其中有些部分在地面下近300米深）。美國能源部計劃在尤卡山再花至少500億美元，用來建造幾十條支隧道，把核廢料封裝在形如運油車油箱的鋼制容器內送進地下儲存隧道，在經(jīng)過100年運營，儲存滿大約10萬噸核廢料后，將隧道永遠封閉。

熱量是核廢料地下存儲的一個主要問題。一個核燃料組件剛從反應堆出來時，它所含有的較短壽放射性同位素(主要是銫-137和鍶-90)產(chǎn)生的熱量相當于20個手持式吹風機。正因為如此，如果將這種核廢料組件埋在尤卡山的地下，它所產(chǎn)生的熱量足以將地下水蒸發(fā)為蒸汽。而蒸汽能腐蝕鋼制的核廢料容器或分解周圍的

巖石，導致安全性問題。裝著核廢料的鋼制容器一旦被腐蝕，就意味著也許會有放射性物質被滲入土地的雨水帶走，送到附近的灌溉系統(tǒng)和飲用水井中，使一代又一代的人在不知不覺中接觸到大量輻射。如果將核廢料散開存儲可以使熱量分散，但這樣做卻會導致存儲容量大大減少。還有放射性衰變的問題。高能粒子會和周圍的物質相互作用，導致這些物質分解或釋出氫，而氫是一種容易爆炸或燃燒的氣體。因此地下存儲核廢料是一個需要長期研究的課題。

世界各國高放射性核廢料處置庫建設概況

尤卡山核廢料處置場

尤卡山核廢料處置庫示意圖

俄羅斯是僅次于美國的世界第二大核廢料產(chǎn)生國。1995年，俄羅斯總統(tǒng)啟動了一個為期10年的計劃，用于研究長期處置核廢料，目前俄羅斯正在對兩個備選埋藏場地進行調查。這兩個場地都位于以前生產(chǎn)核武器工廠的附近：一個位于烏拉爾南部的馬雅克，另一個位于克拉斯諾雅爾斯克。政府還對另外兩個場所（一個位于科拉半島，另一個位于弗拉迪沃斯托克地區(qū)）展開調查。因此，將有4個地質儲庫可用于儲放核廢料和高放廢料。到目前為止，俄羅斯已經(jīng)通過克拉斯諾亞爾斯克深井注入場所向深部地層處置了約500萬m3的低放和中等放射水平的廢液。

法國大約75%的電力來自核能。1991年法國政府開始進行固體核廢料處置的研究，到2006年向議會提交研究成果。法國政府目前考慮的核廢料處置場有三處，其中一個位于萊因河谷，但那里的葡萄酒商擔心會對其葡萄酒產(chǎn)生不良影響。

日本目前共有53個用于發(fā)電的核反應堆，供應全日本三分之一的電力，每年核反應堆產(chǎn)生的乏燃料約為900噸。日本的中低放射核廢料主要存儲在茨城縣東海村和福井縣的設施內。數(shù)十年來累計的核廢物儲存罐已經(jīng)超過30萬個，每個容量約200升。并且每年新增近1萬個核廢料儲存罐。為此日本政府每年要投入約570億日元（約6億美元）。1993年開始建設的青森縣六所村核廢料再處理工廠是專門負責對從日本全國核電站收集而來的乏燃料進行钚、鈾等提取作業(yè)后，將所剩高放射性廢液進行玻璃固化的專門工廠。該廠原計劃2008年正式啟用，但因接二連三地發(fā)生技術性故障而至今無法正常運行。

2000年12月，芬蘭議會在對4個備選場所進行了15年的調查后，確定在芬蘭西海岸的Olkiluoto建設處置國家核廢料的埋藏地。芬蘭四個核電站中有兩個在這里。存放核廢料的銅密封罐將埋放到400～700米深處的基巖中，巖體由片巖、片麻巖、花崗巖組成，能儲存9000噸的核廢料，預計可使用40年。