論我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室發(fā)展戰(zhàn)略

王　駒,蘇　銳,陳　亮,宗自華

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院中核高放廢物地質(zhì)處置評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029)

隨著我國(guó)核工業(yè)的迅速發(fā)展,高放廢物安全處置已經(jīng)成為影響核能可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和子孫后代福祉的戰(zhàn)略性課題[1]。從1985年開(kāi)始,我國(guó)有關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在該領(lǐng)域開(kāi)展了大量科研工作,取得了顯著的科研成果[2-6]。經(jīng)過(guò)近30年的研究探索,我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置研發(fā)工作已經(jīng)從場(chǎng)址區(qū)域篩選逐漸過(guò)渡到地下實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)階段。

地下實(shí)驗(yàn)室是指建造于一定深度、用于開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證高放廢物地質(zhì)處置技術(shù)、在一定情況下用于評(píng)價(jià)場(chǎng)址適宜性的地下研究設(shè)施。地下實(shí)驗(yàn)室建成后,它將成為處置庫(kù)研究開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、設(shè)備考驗(yàn)的中心。地下實(shí)驗(yàn)室是開(kāi)發(fā)高放廢物地質(zhì)處置技術(shù)的重要設(shè)施,也是處置庫(kù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。國(guó)外已建成20多個(gè)高放廢物地下實(shí)驗(yàn)室,對(duì)推進(jìn)高放廢物地質(zhì)處置工作起到了重要的推動(dòng)作用[7-10]。

地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目已經(jīng)列入國(guó)家及有關(guān)部門、行業(yè)的規(guī)劃。建設(shè)我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室涉及若干戰(zhàn)略問(wèn)題,如地下實(shí)驗(yàn)室的功能、定位、技術(shù)路線圖、場(chǎng)址比選等,解決這些問(wèn)題,在這些問(wèn)題上最大程度地達(dá)成共識(shí),對(duì)加快推進(jìn)地下實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)工作,實(shí)現(xiàn)2020年左右建成我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo),具有十分重要的意義。

1　地下實(shí)驗(yàn)室的定位

1.1　國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室的定位

(1)國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室總體情況

目前,國(guó)外相繼建設(shè)了20多座地下實(shí)驗(yàn)室(見(jiàn)表1),從事相關(guān)研究和開(kāi)發(fā)工作。第一座普通地下實(shí)驗(yàn)室建于1965年,位于德國(guó)的阿瑟鹽礦 (Asse);第一座專門為開(kāi)發(fā)高放廢物處置技術(shù)建設(shè)的地下實(shí)驗(yàn)室是1984年加拿大在花崗巖中建設(shè)的白殼地下實(shí)驗(yàn)室 (Whiteshell URL);第一座特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室是德國(guó)康納德實(shí)驗(yàn)室(Konrad實(shí)驗(yàn)室),由康納德鐵礦山改造而成。

表1　國(guó)外主要地下實(shí)驗(yàn)室基本情況Table1　Basic information of major foreign URLs

續(xù)表

著名的地下實(shí)驗(yàn)室包括瑞典的?sp?地下實(shí)驗(yàn)室、芬蘭的ONKALO地下實(shí)驗(yàn)室 (見(jiàn)圖1)、法國(guó)的Meuse/Haute Marne地下實(shí)驗(yàn)室等[8-10]。

圖1　芬蘭乏燃料地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室主體結(jié)構(gòu)圖Fig.1　Main structure of the under ground research laboratory for gelolgical disposal of spent fuel in Finland

這些地下實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)極大地推動(dòng)了高放廢物地質(zhì)處置技術(shù)的開(kāi)發(fā)和地質(zhì)處置庫(kù)的建設(shè)。從地下實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中獲得的各類參數(shù)為處置庫(kù)的工程設(shè)計(jì)、工程屏障的設(shè)計(jì)及處置系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)提供了技術(shù)基礎(chǔ),地下實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為未來(lái)處置庫(kù)的運(yùn)行提供了參考。更為重要的是,公眾通過(guò)參觀地下實(shí)驗(yàn)室,逐步樹(shù)立了對(duì)地質(zhì)處置安全的信心。例如,在瑞典,每年有10 000多人參觀?sp?地下實(shí)驗(yàn)室;在芬蘭,每年也有4 000多人參觀ONKALO地下實(shí)驗(yàn)室。調(diào)查發(fā)現(xiàn),地下實(shí)驗(yàn)室建成后,公眾對(duì)高放廢物處置工程的支持率有明顯增大。芬蘭的處置庫(kù)場(chǎng)址于2001年獲得了批準(zhǔn),瑞典的處置庫(kù)場(chǎng)址也于2009年得到確認(rèn)。

(2)國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室發(fā)展情況

隨著不斷深入探索和實(shí)踐,地下實(shí)驗(yàn)室的功能和定位不盡相同。大體上以20世紀(jì)九十年代初為分界點(diǎn),分為兩個(gè)階段:早期的地下實(shí)驗(yàn)室主要利用已有的地下工程和設(shè)施改造而成,以方法學(xué)研究為主;后期的地下實(shí)驗(yàn)室以專門選址建造功能齊全、設(shè)施完備的新型地下實(shí)驗(yàn)室為主,研究問(wèn)題應(yīng)用性更強(qiáng)。

在20世紀(jì)六十至八十年代,地質(zhì)處置技術(shù)剛剛開(kāi)始研發(fā),地質(zhì)處置的概念剛剛提出、工程屏障材料處于摸索篩選階段、場(chǎng)址評(píng)價(jià)缺乏成熟方法、安全評(píng)價(jià)還缺乏數(shù)據(jù)及方法,對(duì)整個(gè)地質(zhì)處置系統(tǒng)及其過(guò)程的認(rèn)識(shí)非常初步。在這種情況下,國(guó)外利用一些已有的地下工程和設(shè)施,如地下廢舊礦山、公路或鐵路隧道、水電站隧道等,建設(shè)了非常簡(jiǎn)易的地下實(shí)驗(yàn)室。如瑞士的GTS和Mont Terri地下實(shí)驗(yàn)室、瑞典的Stripa地下實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)的Asse地下實(shí)驗(yàn)室、日本的釜石地下實(shí)驗(yàn)室等。

自20世紀(jì)九十年代以來(lái),隨著地質(zhì)處置概念的逐漸清晰,對(duì)處置庫(kù)場(chǎng)址深部真實(shí)環(huán)境了解的需求越來(lái)越迫切、對(duì)地質(zhì)處置工程施工和作業(yè)方法的需求越來(lái)越迫切,而有些國(guó)家的處置庫(kù)選址工作也取得了重大進(jìn)展。在這種背景和需求下,功能單一、設(shè)施簡(jiǎn)易的地下實(shí)驗(yàn)室已不能滿足要求,于是出現(xiàn)了以下類型的地下實(shí)驗(yàn)室。

1)功能齊全、設(shè)施完備的 “普通地下實(shí)驗(yàn)室”(如加拿大的白殼地下實(shí)驗(yàn)室,日本的瑞浪、幌延地下實(shí)驗(yàn)室等)。

2)建設(shè)在處置庫(kù)場(chǎng)址上的 “特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室”(如美國(guó)的尤卡山ESF、WIPP,芬蘭的ONKALO,德國(guó)的Gorleben等)。

3)建設(shè)在特定區(qū)域的地下實(shí)驗(yàn)室 (如法國(guó)的Meuse/Haute Mar ne地下實(shí)驗(yàn)室等)。

(3)國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室基本定位

第一類為普通地下實(shí)驗(yàn)室,其定位非常清晰,即作為處置庫(kù)的預(yù)演,在模擬處置庫(kù)的真實(shí)環(huán)境中,全面開(kāi)展各種實(shí)驗(yàn),以掌握技術(shù)、獲取數(shù)據(jù),獲得工程經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),為處置庫(kù)的建設(shè)提供全面的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),也為未來(lái)處置庫(kù)的審批提供依據(jù)。

第二類為特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室,其定位則進(jìn)了一步。由于這類地下實(shí)驗(yàn)室是建造在已選定的處置庫(kù)場(chǎng)址上,它的功能包括評(píng)價(jià)場(chǎng)址、開(kāi)發(fā)技術(shù)、集成和驗(yàn)證處置技術(shù)、確認(rèn)處置庫(kù)場(chǎng)址、驗(yàn)證廢物處置工藝和方案的可行性等,并有可能逐步演變成真實(shí)的處置庫(kù)的一部分。從特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室獲得的數(shù)據(jù)可以直接用于處置庫(kù)的設(shè)計(jì)和處置系統(tǒng)安全評(píng)價(jià),從而為國(guó)家的監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)場(chǎng)址和批準(zhǔn)建設(shè)處置庫(kù)提供依據(jù)。

1.2　我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室的總體定位

我國(guó)建設(shè)高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室,有以下幾種考慮,一是建設(shè)普通地下實(shí)驗(yàn)室;二是選擇好處置庫(kù)場(chǎng)址,建造特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室;三是根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況,建設(shè)具有中國(guó)特色的地下實(shí)驗(yàn)室。

在我國(guó)目前情況下,第一、第二種選擇均不是十分理想。

(1)建造普通地下實(shí)驗(yàn)室

只能是重復(fù)國(guó)外的一系列實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)所獲數(shù)據(jù)對(duì)工程設(shè)計(jì)、安全評(píng)價(jià)只起參考作用,即使建了普通地下實(shí)驗(yàn)室,將來(lái)在處置庫(kù)場(chǎng)址上還要再建 “特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室”。

(2)建設(shè)特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室

其優(yōu)點(diǎn)是,可以深入評(píng)價(jià)場(chǎng)址,所獲數(shù)據(jù)可直接為工程設(shè)計(jì)和安全評(píng)價(jià)服務(wù),在其中可以開(kāi)展示范處置,該地下實(shí)驗(yàn)室還可以擴(kuò)大為真實(shí)的處置庫(kù)。然而,其最大缺點(diǎn)在于,這類地下實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)取決于處置庫(kù)場(chǎng)址是否已經(jīng)獲得審批,若處置庫(kù)場(chǎng)址不定,則無(wú)法建設(shè)。另外,處置庫(kù)場(chǎng)址審批需要復(fù)雜的程序和較長(zhǎng)時(shí)間,若等待處置庫(kù)場(chǎng)址獲得審批,則需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室。而急需在地下實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)則無(wú)法開(kāi)展。

借鑒國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室發(fā)展經(jīng)驗(yàn),結(jié)合我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置研究進(jìn)展和實(shí)際需要,提出我國(guó)應(yīng)當(dāng)建設(shè)第三種地下實(shí)驗(yàn)室,即 “特定場(chǎng)區(qū)地下實(shí)驗(yàn)室”[11]。

所謂特定場(chǎng)區(qū)地下實(shí)驗(yàn)室,是指建設(shè)在未來(lái)潛在處置庫(kù)場(chǎng)址附近區(qū)域的、或具有與潛在處置庫(kù)場(chǎng)址相似特征的;既具有方法學(xué)研究性質(zhì)、又具有場(chǎng)址評(píng)價(jià)性質(zhì)的地下實(shí)驗(yàn)室;既起著普通地下實(shí)驗(yàn)室的作用,又可起潛在的 “特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室”的作用。

特定場(chǎng)區(qū)地下實(shí)驗(yàn)室的建設(shè),既取決于是否已經(jīng)確定處置庫(kù)場(chǎng)址,又不完全取決于處置庫(kù)場(chǎng)址。前者是指,只要處置庫(kù)場(chǎng)址已經(jīng)大體確定,則可確定地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址。后者的意思是,即使處置庫(kù)場(chǎng)址沒(méi)有確定,只要處置庫(kù)的預(yù)選區(qū)已經(jīng)大體確定,則可以選擇地下實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)址。只要地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址的地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和深部地質(zhì)環(huán)境等條件具有代表性,且與未來(lái)潛在的處置庫(kù)場(chǎng)址相似,則可以確定地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址。由于這種地下實(shí)驗(yàn)室只是一個(gè)特定的研究設(shè)施,與未來(lái)處置庫(kù)沒(méi)有必然的聯(lián)系,這樣場(chǎng)址的審批相對(duì)就會(huì)簡(jiǎn)單和容易。

特定場(chǎng)區(qū)地下實(shí)驗(yàn)室還具有一個(gè)潛在的巨大作用,即通過(guò)在這種地下實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)和場(chǎng)址評(píng)價(jià)工作,認(rèn)為該場(chǎng)址適宜作為處置庫(kù)場(chǎng)址后,有可能使處置庫(kù)選址的進(jìn)程大大加快。

因此,我國(guó)首座高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室的總體定位可以是建設(shè)在特定場(chǎng)區(qū) (處置庫(kù)重點(diǎn)預(yù)選區(qū))有代表性的巖石之中、位于500 m深度左右、功能較為完備且具有擴(kuò)展功能的,為高放廢物地質(zhì)處置研究開(kāi)發(fā)服務(wù)和場(chǎng)址評(píng)價(jià)服務(wù)的、具有國(guó)際先進(jìn)水平的科研設(shè)施和平臺(tái)。

2　開(kāi)發(fā)我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)路線

2.1　國(guó)外開(kāi)發(fā)地下實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)路線

(1)法國(guó)模式

在高放廢物處置庫(kù)的重點(diǎn)預(yù)選區(qū)選擇場(chǎng)址,建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室,即墨茲/下馬恩 (Meuse/Haute Marne)地下實(shí)驗(yàn)室。建成的地下實(shí)驗(yàn)室為掌握技術(shù)、評(píng)價(jià)場(chǎng)址特性起到了決定性的作用,為法國(guó)確定高放廢物處置庫(kù)場(chǎng)址奠定了基礎(chǔ),且未來(lái)的處置庫(kù)就位于地下實(shí)驗(yàn)室附近 (5 k m以遠(yuǎn))。

(2)瑞典模式

在有代表性的巖石 (花崗巖)之中建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室,即著名的?sp?地下實(shí)驗(yàn)室,在其中獲得的大部分?jǐn)?shù)據(jù),可以為未來(lái)的處置庫(kù)選址和建設(shè)服務(wù)。

(3)芬蘭和美國(guó)模式

先選擇出高放廢物處置庫(kù)的場(chǎng)址,再建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室,如芬蘭的ONKALO地下實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)的尤卡山ESF地下實(shí)驗(yàn)室。這些地下實(shí)驗(yàn)室建成之后,可以擴(kuò)建成處置庫(kù)。表面上看,芬蘭和美國(guó)省略了建設(shè)普通地下實(shí)驗(yàn)室這一步驟,但實(shí)際上,芬蘭從頭至尾參與了瑞典Aspo地下實(shí)驗(yàn)室的研究開(kāi)發(fā),而美國(guó)建設(shè)的WIPP地下實(shí)驗(yàn)室,已為在處置庫(kù)場(chǎng)址上建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

(4)瑞士和日本模式

先不管高放廢物處置庫(kù)建設(shè)在何處、也不管高放廢物處置庫(kù)建設(shè)在何種巖性之中,在花崗巖、黏土巖兩種巖性中均建設(shè)了地下實(shí)驗(yàn)室。如瑞士的Grimsel地下實(shí)驗(yàn)室、Mont Terri地下實(shí)驗(yàn)室、日本的瑞浪地下實(shí)驗(yàn)室、幌延地下實(shí)驗(yàn)室。

2.2　開(kāi)發(fā)我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)路線

參考國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的4種技術(shù)路線,開(kāi)發(fā)我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室也有相應(yīng)的4種選擇。按照芬蘭和美國(guó)的模式建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室,其前提是需要先確定處置庫(kù)的場(chǎng)址,這一目標(biāo)在中國(guó)近期顯然不可能實(shí)現(xiàn)。按照瑞士和日本模式建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室,建設(shè)的僅僅是與處置庫(kù)場(chǎng)址沒(méi)有任何地理空間關(guān)系的普通地下實(shí)驗(yàn)室,顯然不適應(yīng)中國(guó)高放廢物地質(zhì)處置目前的形勢(shì)和需求。

通過(guò)分析,我們認(rèn)為前兩種模式的結(jié)合應(yīng)當(dāng)是較好的選擇,既參考法國(guó)模式,又參考瑞典模式,開(kāi)展地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。即在我國(guó)目前高放廢物處置庫(kù)花崗巖場(chǎng)址篩選工作的基礎(chǔ)上,從甘肅北山、新疆、內(nèi)蒙古3個(gè)重點(diǎn)預(yù)選區(qū)中,通過(guò)綜合比選,確定首個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址。在具有代表性的花崗巖中建設(shè)我國(guó)首個(gè)高放廢物地質(zhì)處置“特定場(chǎng)區(qū)地下實(shí)驗(yàn)室”。

3　地下實(shí)驗(yàn)室的功能和初步試驗(yàn)規(guī)劃

3.1　國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室的主要功能

高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室對(duì)高放廢物地質(zhì)處置工作起到了重要的推動(dòng)作用。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織核能機(jī)構(gòu)總結(jié)分析了國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)運(yùn)行情況,地下實(shí)驗(yàn)室在高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有如下10大功能。

1)了解深部地質(zhì)環(huán)境和地應(yīng)力狀況,獲取深部巖石和水樣品,為其他基礎(chǔ)研究提供數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)樣品。

2)開(kāi)展1∶1工程尺度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),在真實(shí)的深部地質(zhì)環(huán)境中考驗(yàn)工程屏障 (如廢物體、廢物罐、回填材料等)的長(zhǎng)期性能。

3)開(kāi)發(fā)處置庫(kù)施工、建造、回填和封閉技術(shù),完善概念設(shè)計(jì),優(yōu)化工程設(shè)計(jì)方案,全面掌握處置技術(shù),估算建庫(kù)的各種費(fèi)用。

4)開(kāi)發(fā)特定的場(chǎng)址評(píng)價(jià)技術(shù)及相應(yīng)的儀器設(shè)備,并驗(yàn)證其可靠性。

5)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)核素遷移實(shí)驗(yàn),了解地質(zhì)介質(zhì)中核素遷移規(guī)律。

6)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證修改安全評(píng)價(jià)模型。

7)為處置庫(kù)安全評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

8)進(jìn)行示范處置,為未來(lái)實(shí)施真正的處置作業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)。

9)培訓(xùn)技術(shù)和管理人員。

10)提高公眾對(duì)高放廢物處置安全的信心,爭(zhēng)取公眾支持。

以上這些功能,并不是在國(guó)外的每一個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室中均具備。有的實(shí)驗(yàn)室僅具備部分功能。

3.2　我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室的基本功能

在分析國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室功能基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)的具體情況,提出我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)具備以下6大基本功能。

1)評(píng)價(jià)場(chǎng)址深部環(huán)境 (地質(zhì)、水文、地應(yīng)力、巖石力學(xué)特性等)。

2)開(kāi)展1∶1工程尺度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),在真實(shí)的深部地質(zhì)環(huán)境中考驗(yàn)工程屏障 (如廢物體、廢物罐、回填材料等)的長(zhǎng)期性能。

3)開(kāi)發(fā)處置庫(kù)施工、建造、回填和封閉技術(shù)以及相應(yīng)的設(shè)備,完善概念設(shè)計(jì),優(yōu)化工程設(shè)計(jì)方案,全面掌握處置技術(shù),估算建庫(kù)的各種費(fèi)用。

4)為未來(lái)的處置庫(kù)安全評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) (包括核素遷移數(shù)據(jù)、核素水化學(xué)性能參數(shù)等)。

5)為公眾參觀地下實(shí)驗(yàn)室、了解地質(zhì)處置技術(shù)的安全性能、提高對(duì)高放廢物安全處置的信心提供窗口。

6)為國(guó)際合作提供地下實(shí)驗(yàn)巷道和學(xué)術(shù)交流場(chǎng)所。為開(kāi)展地下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)提供深部實(shí)驗(yàn)巷道和水、電、通風(fēng)、通訊、安全和應(yīng)急等后勤保障,為科研人員提供住宿、飲食等后勤保障。

3.3　計(jì)劃開(kāi)展的試驗(yàn)

根據(jù)研究開(kāi)發(fā)的需要,需要在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展的試驗(yàn)分為如下3類。

1)現(xiàn)場(chǎng)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的試驗(yàn),包括深部環(huán)境地質(zhì)條件參數(shù)測(cè)量,圍巖物理和化學(xué)特征參數(shù)測(cè)量,圍巖巖石力學(xué)特征和巖體穩(wěn)定性參數(shù)測(cè)量,地下水流動(dòng)和物質(zhì) (包括核素、膠體、氣體、腐殖酸等)運(yùn)移參數(shù)測(cè)量等,為處置庫(kù)場(chǎng)址性能評(píng)價(jià)和安全評(píng)價(jià)提供技術(shù)參數(shù)。

2)相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證試驗(yàn),包括處置庫(kù)選址和評(píng)價(jià)技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證、安全評(píng)價(jià)技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證、處置庫(kù)建造技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證、處置庫(kù)運(yùn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證、現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證等。

3)原型處置或示范處置試驗(yàn)。開(kāi)展1∶1工程尺度的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),在真實(shí)的深部地質(zhì)環(huán)境中考驗(yàn)工程屏障,如放射性廢物體、廢物罐及緩沖回填材料等的性能,為未來(lái)實(shí)施真正的處置作業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)。

4　地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址與處置庫(kù)場(chǎng)址的關(guān)系

根據(jù)前述我國(guó)首座地下實(shí)驗(yàn)室的定位和開(kāi)發(fā)我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)路線,我國(guó)的地下實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)建設(shè)在處置庫(kù)重點(diǎn)預(yù)選區(qū)中有代表性的巖性中。這一表述,清楚地描述了我國(guó)的地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址和高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)場(chǎng)址的關(guān)系:我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址是一個(gè)與處置庫(kù)場(chǎng)址有著特定聯(lián)系的場(chǎng)址。這種特定聯(lián)系,表現(xiàn)在以下幾方面。

1)地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址是在全國(guó)高放廢物處置庫(kù)重點(diǎn)預(yù)選區(qū)中篩選出來(lái)的,而不是憑空選定的。

2)盡管地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址是從處置庫(kù)重點(diǎn)預(yù)選區(qū)中選出來(lái)的,但它不是處置庫(kù)場(chǎng)址。也就是說(shuō),在目前階段,僅把該地下實(shí)驗(yàn)室作為一個(gè)科研實(shí)驗(yàn)設(shè)施和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)看待,暫時(shí)與處置庫(kù)場(chǎng)址沒(méi)有必然聯(lián)系。

3)一旦地下實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)址評(píng)價(jià)和研究開(kāi)發(fā)工作,證明在該場(chǎng)址建設(shè)處置庫(kù)是適宜的,則這個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址,或其附近的場(chǎng)址,可以轉(zhuǎn)變成處置庫(kù)場(chǎng)址。

5　我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室工程的若干進(jìn)展

自2014年開(kāi)始,開(kāi)展了地下實(shí)驗(yàn)室選址和場(chǎng)址評(píng)價(jià)研究、建造技術(shù)研究和地下實(shí)驗(yàn)室的工程設(shè)計(jì)研究。目前,已經(jīng)篩選出甘肅北山預(yù)選區(qū)的新場(chǎng)為我國(guó)首個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址,在該場(chǎng)址上已經(jīng)完成近40口鉆孔的施工,完成了對(duì)該場(chǎng)址的特性評(píng)價(jià)。在甘肅北山建設(shè)了 “北山坑探設(shè)施”,研發(fā)了地下實(shí)驗(yàn)室建造技術(shù)。以甘肅北山新場(chǎng)為地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址,完成了 “中國(guó)北山地下實(shí)驗(yàn)室”的工程設(shè)計(jì) (見(jiàn)圖2)。

圖2　中國(guó)北山高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室示意圖Fig.2　Schematic of the Beishan URL for deep geological disposal of high-level radioactive waste in China

該地下實(shí)驗(yàn)室為一個(gè)位于地下560 m深的研發(fā)平臺(tái),主要由地下設(shè)施和地面設(shè)施組成。地下設(shè)施包括3條豎井 (1條人員豎井、2條通風(fēng)井)、一條長(zhǎng)約7 k m直徑為7 m的斜坡道、聯(lián)絡(luò)通道、通風(fēng)排水等輔助系統(tǒng)、-240 m試驗(yàn)巷道、-560 m試驗(yàn)巷道等,其中,主要的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)在-560 m的試驗(yàn)巷道中開(kāi)展。地面設(shè)施包括科研及展示中心、運(yùn)行控制中心、樣品存儲(chǔ)及分析中心、設(shè)備中心、生活區(qū)、消防供電等輔助配套設(shè)施。

6　結(jié)論

1)我國(guó)首座地下實(shí)驗(yàn)室的總體定位是:建設(shè)在特定場(chǎng)區(qū) (處置庫(kù)重點(diǎn)預(yù)選區(qū))有代表性的巖石之中、位于500 m深度左右、功能較為完備且具有擴(kuò)展功能的,為高放廢物地質(zhì)處置研究開(kāi)發(fā)服務(wù)和場(chǎng)址評(píng)價(jià)服務(wù)的、具有國(guó)際先進(jìn)水平的科研設(shè)施和平臺(tái)。其性質(zhì)為 “特定場(chǎng)區(qū)型地下實(shí)驗(yàn)室”。

2)建設(shè)我國(guó)首個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)路線是:在我國(guó)目前高放廢物處置庫(kù)花崗巖場(chǎng)址篩選工作的基礎(chǔ)上,從甘肅北山、新疆、內(nèi)蒙古3個(gè)重點(diǎn)預(yù)選區(qū)中,通過(guò)綜合比選,確定首個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址。在具有代表性的花崗巖中建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室。

3)我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)具備評(píng)價(jià)場(chǎng)址深部環(huán)境,開(kāi)展1∶1工程尺度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),開(kāi)發(fā)處置庫(kù)建造、運(yùn)行、回填和封閉技術(shù),全面掌握處置技術(shù),為地下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)提供深部實(shí)驗(yàn)巷道、水、電、通風(fēng)、通訊,安全和應(yīng)急等后勤保障,為公眾參觀地下實(shí)驗(yàn)室提供窗口等6大基本功能。

4)我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)址篩選、建造技術(shù)和工程設(shè)計(jì)已經(jīng)取得顯著進(jìn)展,有望在2024年左右建成我國(guó)首座高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室。

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