出生前就要謀后事　核電站退役“閉幕式”需要數(shù)十年？

◎本刊主筆 季天也

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出生前就要謀后事核電站退役“閉幕式”需要數(shù)十年？

◎本刊主筆 季天也

剛剛過(guò)去的2015年12月30日，英國(guó)服役時(shí)間最長(zhǎng)的威爾法核電站1號(hào)機(jī)組被永久關(guān)閉了，“享年”44歲，作為英國(guó)最后一座由本國(guó)企業(yè)運(yùn)營(yíng)的核電站，威爾法核電站關(guān)閉的主要原因是相應(yīng)的核燃料類(lèi)型已停產(chǎn)。不過(guò)，運(yùn)營(yíng)商英國(guó)鎂諾克斯公司稱(chēng)，為了確保善后的安全性，預(yù)計(jì)要到整整90年之后的2105年，才能完成全部的清理拆除善后工作。人們不禁要問(wèn)，在長(zhǎng)達(dá)近一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，核電站的退役要經(jīng)歷多少程序？為什么需要如此漫長(zhǎng)的“閉幕式”？

英國(guó)服役時(shí)間最長(zhǎng)的威爾法核電站于2015年12月30日永久關(guān)閉，但徹底完成退役卻預(yù)計(jì)要花90年。

核電站退役要走11步

包括煤、天然氣和核能在內(nèi)的能源工廠，都有一個(gè)不能再繼續(xù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的年限，也就是壽命。建于20世紀(jì)五六十年代的第一代核電站，通常只有30年的設(shè)計(jì)壽命，當(dāng)然也有一部分在通過(guò)安全許可后能夠多活一段時(shí)間（一般不超過(guò)10年）。到第二代核技術(shù)時(shí)期，核電站的壽命普遍提升到了40年；如今的第三代核技術(shù)則可以使核電站的壽命長(zhǎng)達(dá)60年。由于涉及放射性安全，諸如核電站、放射性實(shí)驗(yàn)室、鈾加工廠、研究性反應(yīng)堆在內(nèi)的所有核設(shè)施，一旦到了歲數(shù)，都必須進(jìn)行一系列妥善管理和處置工作，最終確保這塊地可以安全地另作他用，這就是核設(shè)施退役。

對(duì)于核電站來(lái)說(shuō)，退役是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜、長(zhǎng)久而且技術(shù)含量很高的活兒。首先，核電機(jī)組得關(guān)停，將反應(yīng)堆中用過(guò)和待用的核燃料（前者稱(chēng)為乏燃料）卸除，按照高放射性核廢物（下簡(jiǎn)稱(chēng)“高放廢物”）的國(guó)際慣例，轉(zhuǎn)移到專(zhuān)門(mén)的高放廢物處置庫(kù)（或臨時(shí)貯存地）進(jìn)行處理。

其次，核電站內(nèi)部的儀器儀表、管道、電纜、鋼筋混凝土等建筑設(shè)施和設(shè)備部件，自然也在拆除之列，有些挨著反應(yīng)堆的材料已經(jīng)沾染了放射性，也需要按照它們放射性水平和特征，分門(mén)別類(lèi)地進(jìn)行規(guī)整、固化等封存處理。

最后，核電站所在區(qū)域要進(jìn)行“大清洗”，確保土壤、水源、空氣等環(huán)境指標(biāo)不超過(guò)安全線。整個(gè)退役過(guò)程少則幾年，多則幾十年，有可能比核電站服役的“工齡”還要長(zhǎng)。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）官網(wǎng)介紹，核電站退役總共分為11個(gè)階段：起草退役計(jì)劃、卸出反應(yīng)堆核燃料、場(chǎng)內(nèi)處理退役的核廢物、轉(zhuǎn)移退役的核廢物、做好安全隔離準(zhǔn)備、局部拆除、主動(dòng)隔離措施、被動(dòng)隔離措施、徹底拆除、最終環(huán)境監(jiān)測(cè)（驗(yàn)收）和行業(yè)許可證到期（法定意義上的退役完成），也可以大致理解成準(zhǔn)備階段、去污階段和拆除+環(huán)境整治階段。

快拆慢拆各有利弊

目前，核設(shè)施共有3種國(guó)際公認(rèn)的退役策略。

①立即拆除 就是拆掉所有廠房、設(shè)備和其他部件，并清除核污染。這種方法好在時(shí)間相對(duì)短，處理后的舊址能較快投入其他用途，避免夜長(zhǎng)夢(mèng)多的風(fēng)險(xiǎn)，如放射性廢物意外泄漏、設(shè)備材料老化腐蝕、物價(jià)上漲導(dǎo)致退役成本增加、設(shè)備相關(guān)資料和熟悉設(shè)施狀況的人員越來(lái)越少等等。缺點(diǎn)在于時(shí)間短，放射性物質(zhì)還沒(méi)怎么衰變，核輻射較強(qiáng)，并且要在短期內(nèi)對(duì)大量放射性水平參差不齊的核廢物分類(lèi)進(jìn)行處理，安全風(fēng)險(xiǎn)和處理難度都很高，需要強(qiáng)大的技術(shù)和財(cái)力。這種方法適合小型核電機(jī)組和其他小規(guī)模核設(shè)施，高放廢物量小，拖延時(shí)間對(duì)降低輻射作用不大。

②延緩拆除 是指移走乏燃料和剩余新燃料之后，排空管道和貯水池，等個(gè)10～80年，確保反應(yīng)堆周?chē)踩笤俨鸪?。核電元老之一英?guó)首個(gè)完成退役的是溫斯克爾實(shí)驗(yàn)性機(jī)組，這個(gè)建于1958年的老機(jī)組，早在1981 年4月就被永久關(guān)閉，但它卻花了30年時(shí)間——到2011年才最終完成退役。荷蘭的多德瓦德核電機(jī)組1997年3月關(guān)停，但按計(jì)劃要在2047年才徹底完成拆除。

這種策略的優(yōu)勢(shì)是放射性原子有足夠的衰變時(shí)間來(lái)弱化輻射強(qiáng)度，從而降低清理難度和工作人員的受照劑量。另外，隨著時(shí)間推移，未來(lái)的科技水平也許有助于退役安全性的提高。缺點(diǎn)則是存在許多不確定性因素。像現(xiàn)代商用核電機(jī)組這樣的大規(guī)模核設(shè)施，比較適合這套方法。

③固封埋藏 等把乏燃料這些高放廢物移走，就要用混凝土等堅(jiān)固耐久的材料把反應(yīng)堆封在其中，直到輻射強(qiáng)度降到可以接受的水平。這招比較新，需要處理的放射性材料不多，對(duì)人員的安全性較高，但需要長(zhǎng)期維護(hù)和監(jiān)測(cè)，主要用在邊遠(yuǎn)地區(qū)或者小型研究性反應(yīng)堆等情況。美國(guó)至少5臺(tái)機(jī)組采用了這種方法。

位于美國(guó)賓夕法尼亞州的薩克斯頓核電站正在拆除反應(yīng)堆安全殼

全球年高放廢物填滿兩個(gè)泳池

核電站退役的大部分標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和導(dǎo)則，大致相當(dāng)于放射性廢物的處理過(guò)程。這些廢物遵循“高放廢物少、中低放廢物多”的規(guī)律。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的資料表明，一臺(tái)功率為1000兆瓦（大致是現(xiàn)役主力核電站的平均水平）的機(jī)組，每年產(chǎn)生的高放廢物約有27噸，全球核電站一年的高放廢物量加起來(lái)，約能填滿兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的游泳池（50米×25米×2米），遠(yuǎn)低于其他能源形式所產(chǎn)生的廢物。不過(guò)，這些高放廢物危險(xiǎn)性較大，需要經(jīng)過(guò)硼水池初步屏蔽和冷卻一段時(shí)間，再轉(zhuǎn)入地下500～1000米的深層地質(zhì)封存。當(dāng)然，乏燃料中還包含大量寶貴的核原料，可以經(jīng)過(guò)“后處理”工序重新利用，從而節(jié)約鈾資源。

由于高放廢物的放射性占全部核廢物的95％，一旦關(guān)停了反應(yīng)堆，運(yùn)走用過(guò)和沒(méi)用過(guò)的核燃料，核電站中心的放射性水平就會(huì)大幅下降，排空管道和貯水池后，大部分帶有放射性的材料都呈固態(tài)，相對(duì)好對(duì)付，并且不容易進(jìn)入環(huán)境，場(chǎng)區(qū)的放射性隨時(shí)間推移繼續(xù)穩(wěn)降。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）在其2012年的年鑒中指出，核設(shè)施退役期放射性物質(zhì)大量釋放的風(fēng)險(xiǎn)低于運(yùn)行期。

相反，中、低放廢物和不需要按放射性標(biāo)準(zhǔn)處理的廢物規(guī)模龐大。同樣是1000兆瓦的機(jī)組，退役后這一部分廢物的體積規(guī)模大約有10000立方米之多。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署統(tǒng)計(jì)，不用受放射性管理限制的廢棄物占總量的2/3以上，其余近1/3為退役核電站部件、帶有放射性的混凝土廢物和大量其他構(gòu)筑物。（參見(jiàn)本刊2015年8月號(hào)刊登的《處理好的核廢物輻射小于X光》一文。）

德國(guó)格賴(lài)夫斯瓦爾德核電站退役的核廢物統(tǒng)計(jì) 來(lái)源：聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署

核設(shè)施退役產(chǎn)生的輻射種類(lèi)及其穿透材料的能力，其中β射線和γ射線是威脅的主要來(lái)源。

建設(shè)之初就得籌劃退役

根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，截至2014年底，全球永久關(guān)停的核電機(jī)組共有150臺(tái)，包括美國(guó)33臺(tái)，英國(guó)29臺(tái)，德國(guó)27臺(tái)，法國(guó)12臺(tái)，日本11臺(tái)，俄羅斯5臺(tái)，正在退役的有98臺(tái)，已經(jīng)完成退役的只有不到20臺(tái)。由于上世紀(jì)七八十年代是核電猛增時(shí)期，現(xiàn)役的438臺(tái)機(jī)組中，有194臺(tái)機(jī)組超過(guò)了30歲，52臺(tái)機(jī)組超過(guò)了40歲?？紤]到第三代核電站至少也是“90后”，這194臺(tái)中老年機(jī)組幾乎都是設(shè)計(jì)壽命40年的第二代核技術(shù)產(chǎn)物（極少數(shù)為第一代），這意味著未來(lái)10年，全球四成以上的機(jī)組可能面臨關(guān)閉甚至退役。

比起上述國(guó)家的商用機(jī)組多是“70后”“80后”，我國(guó)的核電項(xiàng)目起步較晚，最老的大亞灣核電站1號(hào)機(jī)組也是1994年才投入運(yùn)營(yíng)的，只要運(yùn)轉(zhuǎn)正常，距離退役還有些時(shí)日。

當(dāng)然，核電站退役可不能等船到橋頭自然直。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署指出，每一次核設(shè)施退役都會(huì)面臨特定的技術(shù)挑戰(zhàn)，而這些挑戰(zhàn)及其風(fēng)險(xiǎn)高低，取決于當(dāng)年核電站的設(shè)計(jì)和建造方案，以及多年來(lái)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況。以當(dāng)今對(duì)核電的認(rèn)識(shí)，退役本是建設(shè)之初就該提上日程的問(wèn)題，但早期的核設(shè)施，由于人們當(dāng)時(shí)對(duì)退役和廢物管理問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不足、安全標(biāo)準(zhǔn)低、經(jīng)費(fèi)缺乏、技術(shù)制約等因素，核能發(fā)展普遍“只管吃進(jìn)肚，不管擦屁股”，埋下了不少隱患。

尤其冷戰(zhàn)時(shí)期，以美國(guó)和蘇聯(lián)為首的一些國(guó)家大搞軍備競(jìng)賽，遺留下了大批核設(shè)施和放射性污染場(chǎng)所。當(dāng)時(shí)是以最快的速度拿出產(chǎn)品、盡早完成試驗(yàn)為主，再加上軍用核項(xiàng)目牽扯國(guó)家利益和安全，不像商用核電站那樣需要計(jì)較成本，也不操心核廢物這些善后問(wèn)題。

轉(zhuǎn)移反應(yīng)堆容器是核電站退役前期的重要步驟

英國(guó)核設(shè)施退役局曾報(bào)告，部分核設(shè)施“沒(méi)有關(guān)于核廢物的詳細(xì)記錄，有些設(shè)施缺少可靠的設(shè)計(jì)圖紙，并且許多都是一次性項(xiàng)目”。如今，美國(guó)能源部（DOE）已經(jīng)對(duì)該國(guó)100多個(gè)核研究舊址展開(kāi)核污染治理，如田納西州的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和華盛頓州的漢福特核原料生產(chǎn)基地等，預(yù)計(jì)2025年核污染清除面積將達(dá)到上千公頃。這就需要管理數(shù)百萬(wàn)立方米的廢墟和受污染的土地，所投入的人力、技術(shù)和資金都相當(dāng)龐大。

有了初期這些令人頭疼的教訓(xùn)鋪路，如今關(guān)于核設(shè)施退役安全的要求和標(biāo)準(zhǔn)完善了許多。退役已經(jīng)作為一項(xiàng)需要周密計(jì)劃的大工程，從選址開(kāi)始，核電站的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行都要顧及退役時(shí)的便利性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)還規(guī)定，隨著核設(shè)施不同時(shí)期的變化，退役方案要定期更新，至少要在計(jì)劃關(guān)停機(jī)組提前兩年擬定詳細(xì)的退役方案。

退役耗巨資 要提前存好錢(qián)

核電站退役離不開(kāi)錢(qián)。這筆開(kāi)支的大小主要與反應(yīng)堆的類(lèi)型、尺寸、位置、距離廢棄物處理設(shè)施的距離以及原址未來(lái)的用途有關(guān)。世界核協(xié)會(huì)（WNA）官網(wǎng)有一組不同類(lèi)型反應(yīng)堆的退役成本，如果統(tǒng)一按1000兆瓦的裝機(jī)容量來(lái)算，壓水型反應(yīng)堆（PWR）退役成本為2～5億美元，俄羅斯水-水高能反應(yīng)堆（VVER）約為3.3億美元，沸水型反應(yīng)堆（BWR）為3～5.5億美元，加拿大重水反應(yīng)堆（CANDU）為2.7～4.3億美元，英國(guó)早期的鎂諾克斯反應(yīng)堆（Magnox）由于會(huì)帶來(lái)更大量的放射性物質(zhì)，成本高達(dá)26億美元。這樣的退役成本在整個(gè)機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用中占比不小。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的資料顯示，核電規(guī)模最大的美國(guó)，每臺(tái)機(jī)組退役的平均花費(fèi)在5億美元，差不多是初始投資成本的10％～15％。

因此，這就需要建立有效的退役經(jīng)費(fèi)籌措機(jī)制，確保退役實(shí)施的時(shí)候有錢(qián)可用。大多數(shù)有核電的國(guó)家一般以法律形式，規(guī)定退役費(fèi)用的籌措機(jī)制及其使用方法。大致有3個(gè)套路：在核電站啟用之前就把預(yù)計(jì)需要的退役資金提前存入一個(gè)獨(dú)立賬戶；從用戶繳納的電費(fèi)中提取一定比例，通過(guò)核電站幾十年的運(yùn)營(yíng)逐步攢出足夠的退役經(jīng)費(fèi)；核電企業(yè)購(gòu)買(mǎi)一定額度的類(lèi)似保險(xiǎn)的擔(dān)?；穑_保就算以后企業(yè)破產(chǎn)了也有錢(qián)來(lái)負(fù)擔(dān)退役支出。

德國(guó)卡爾斯魯厄的原型反應(yīng)堆外層建筑材料正在拆解中

這些退役經(jīng)費(fèi)的管理很像住房公積金，不能想提就提，并有法律和制度做后盾，專(zhuān)款專(zhuān)用，防止“老弱病殘”的核電站因?yàn)闆](méi)錢(qián)退役而威脅周邊環(huán)境和人身健康。

我國(guó)2003年頒布實(shí)施的《中華人民共和國(guó)放射性污染防治法》，就以法律形式規(guī)定了“核設(shè)施的退役費(fèi)用和放射性廢物處置費(fèi)用應(yīng)當(dāng)預(yù)提，列入投資概算或者生產(chǎn)成本”（第二十七條）。

核電不再“顧頭不顧腚”

核廢物作為一種特殊的垃圾，現(xiàn)階段處理起來(lái)有一個(gè)逃不開(kāi)的難題——放射性原子的半衰期。每過(guò)一個(gè)半衰期，原子的放射性就減半一次。不同原子的半衰期差別很大，從幾秒到千百年的都有，這是固有屬性，基本只能通過(guò)耗時(shí)間的方式讓它的放射性自然下降。不過(guò)，以人為方式用中子轟擊那些放射性原子，也可以逼迫其更快衰變，這就是“人工核嬗變”。使出這一招，能讓長(zhǎng)半衰期原子在短時(shí)間內(nèi)變成短半衰期原子，甚至變成無(wú)放射性的穩(wěn)定原子，從而大大縮短處理周期并降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

不過(guò)很遺憾，這項(xiàng)技術(shù)還在研究的路上，一旦推廣將是整個(gè)核廢物處理領(lǐng)域的巨大福音，對(duì)于核廢物減量化意義非凡。

比起核電的經(jīng)濟(jì)性和安全性，核設(shè)施退役及核廢物處置是個(gè)更令行業(yè)皺眉的問(wèn)題。清華大學(xué)從事核能教學(xué)研究的老師劉學(xué)剛，用“核廢物問(wèn)題復(fù)雜”“核廢物問(wèn)題沒(méi)有徹底解決”“熟悉核廢物問(wèn)題的專(zhuān)家不多”的三句話，來(lái)歸納這一領(lǐng)域的現(xiàn)狀。

可喜的是，各核電國(guó)家對(duì)核設(shè)施退役已經(jīng)高度重視，核電的發(fā)展已經(jīng)告別了“顧頭不顧腚”的年代。從以往退役活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以及發(fā)達(dá)國(guó)家成功的退役案例來(lái)看，核電站是可以安全退役的，最終實(shí)現(xiàn)廠址無(wú)限制使用，在技術(shù)上也是完全可行的。

本欄目責(zé)編/季天也jtyair2013@vip.163.com

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)對(duì)放射性廢物的分類(lèi)

帶有放射性的核設(shè)施部件和構(gòu)筑物被臨時(shí)封裝和儲(chǔ)存

為了防止?jié)B透污染，放射性廢液必須先經(jīng)過(guò)固化措施才能進(jìn)一步處理。圖為裝有中等強(qiáng)度輻射的廢液桶縱切面，此時(shí)的廢液已經(jīng)在混凝土層和桶壁的長(zhǎng)期包裹下固化。