全球與中國(guó)放射性廢物管理系統(tǒng)市場(chǎng)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)

黃春年，王子帥

（1.杭州衛(wèi)康環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 杭州 310000；2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

放射廢物是指具有放射性核素或者受到放射性核素污染且不能再次被利用的物體。這類物體的放射性不僅不能通過物理、化學(xué)或者生物方法消除，還會(huì)通過射線污染或熱能釋放等方式產(chǎn)生物理毒性等多種毒性，如處置不當(dāng)，放射性廢物將會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境安全等產(chǎn)生負(fù)面影響。近年來，關(guān)于放射性廢物處置方案設(shè)計(jì)與系統(tǒng)構(gòu)建的研究逐漸成為全球化熱點(diǎn)，結(jié)合最新理論構(gòu)建具有實(shí)操價(jià)值的放射性廢物管理系統(tǒng)工作方案具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 放射性廢物的分類

放射性廢物的分類是放射性廢物管理工作的基礎(chǔ)，一般而言，放射性廢物的分級(jí)分類主要考慮對(duì)象的物理性質(zhì)、生化狀況和原料源頭。根據(jù)對(duì)象物理性質(zhì)及生化狀況的不同，可以將放射性廢物分成氣體、液態(tài)或者固態(tài)等三類，其中以輻射母液數(shù)量多少、輻射強(qiáng)弱、按照最終處理?xiàng)l件或者廢棄物的輻射活度，還能進(jìn)一步將放射性廢物細(xì)分為高放廢物、中低放廢物（包含長(zhǎng)延壽和短延壽廢棄物）和免管廢棄物三個(gè)類型[1]；根據(jù)放射廢物原料源頭的不同，可將放射廢物分為鈾尾礦類、乏能源類或者包殼類等廢棄物類型。

從國(guó)內(nèi)放射性廢物的分類情況來，國(guó)內(nèi)參照中國(guó)IAEA登記標(biāo)準(zhǔn)建立了現(xiàn)行的放射性廢物的等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)。這一分類方法根據(jù)不同的物理?xiàng)l件對(duì)放射性廢物進(jìn)行細(xì)化分類，將放射性廢物分為高、中、低三個(gè)等級(jí)。從執(zhí)行層面看，考慮到放射性廢物主要以固體方式進(jìn)行處理，這一分類標(biāo)準(zhǔn)將放射性廢物按照半衰期不同可分為三類進(jìn)行明確界定，并以分類提供詳細(xì)的操作標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范指引等方式對(duì)固體放射性廢物進(jìn)行差異化管理。

3 放射性廢物的處置

放射性廢物處置方案的設(shè)計(jì)與執(zhí)行要點(diǎn)圍繞安全和環(huán)保這兩大核心目標(biāo)展開。處置團(tuán)隊(duì)要通過恰當(dāng)?shù)姆绞教幚矸派湫詮U物，根據(jù)不同處置對(duì)象的特性、所在區(qū)域與處置目標(biāo)等選擇合適的處置策略[2]。一般而言，常用的放射性廢物處置分為中低放廢物處置和高放廢物處置兩大類。

3.1 中低放廢物的處置方法

3.1.1 海洋投棄處置

海洋投棄處理是將具有放射性的廢棄物直接投入海洋，通常有兩種方式。其一是將放射性廢棄物混合混凝土等裝入鐵桶，以混凝土等固體的形式投入與陸地相對(duì)較遠(yuǎn)的海洋區(qū)域，利用混凝土固體的密度大于海水密度的特性使含放射性廢物的固體沉入深海區(qū)域；其二是將含放射性廢物的廢水直接排放入海洋，通過海水的稀釋作用實(shí)現(xiàn)放射性廢物的處置。但是，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使關(guān)于放射性物質(zhì)對(duì)環(huán)境安全和生物健康的負(fù)面影響研究也更加深入，人們也逐漸意識(shí)到通過固體投放或廢水排放處置放射性廢物可能會(huì)造成破壞海洋生態(tài)的長(zhǎng)期遺留影響，并通過海洋食物鏈毒素富集作用最終進(jìn)入人體而影響人類健康。近年來，在學(xué)界和業(yè)界對(duì)于放射性廢物海洋投棄處置方式危害性的認(rèn)識(shí)逐漸深入以及放射性廢棄物處理技術(shù)日漸完善的背景下，通過海洋投棄處置放射性廢物的危廢處理方式在絕大多數(shù)國(guó)家已經(jīng)被明確禁用，全球范圍內(nèi)僅有英國(guó)和日本還在繼續(xù)使用這一方式。究其原因，英國(guó)和日本國(guó)土陸地面積有限，在使用其他放射性廢物處理方案方面頗受掣肘[3]。

3.1.2 陸地淺埋處置

陸地淺埋處置方法也是一類重要的放射性廢棄物處置方法。具體而言，這一方法的思路是將放射性廢物淺埋在沒有建筑遮蔽的地表下，或者覆蓋在有建筑物遮蔽的地表以下，要求掩埋深度不大于50 m。本項(xiàng)技術(shù)于1944年首次提出并投入使用，迄今已經(jīng)有近八十年的歷史，仍是世界范圍內(nèi)廣泛使用的放射性廢物處置方法。但是，該處理方式的應(yīng)用有一定的局限性，具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是僅適用于中、低級(jí)別放射性廢棄物的處置；二是對(duì)于近地廢棄物處理場(chǎng)所要求較高，僅能選址在安全監(jiān)管300～500 a的范圍內(nèi)，以保證排放量不超過所選區(qū)域能夠承受的最大放射值，并保證對(duì)周圍人造成的輻射小于監(jiān)管規(guī)定值。

3.1.3 廢礦井處置

除上述兩種放射性廢物處置方式外，低放射性廢物處置還可以采取廢礦井掩埋方式。這一方式主要通過二次利用廢棄礦井填埋放射性廢棄物，廢棄的鹽礦、鐵礦、鈾礦均是較為理想的選擇對(duì)象。這一方法能夠在減少土地使用、減少對(duì)任務(wù)和環(huán)境影響的基礎(chǔ)上控制放射性廢物的處理成本，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。但是該方法難以提前規(guī)劃選用礦井的位置，如果放射性廢物存放區(qū)域與礦井區(qū)域存在較大空間距離，則必須通過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸才能實(shí)現(xiàn)廢物轉(zhuǎn)移，客觀上加大了廢棄物泄露的風(fēng)險(xiǎn)和不確定因素。

3.2 高放廢物的處置方法

高放廢物大部分來源于核反應(yīng)堆乏燃料電池部件及其后處置高放廢液的玻璃凝固體，其總生成量一般為中低水平放射廢料的1/10～1/100。此類廢棄物數(shù)量較少，但是處置難度較大，主要原因在于多數(shù)高放廢物中存在可延長(zhǎng)使用壽命的a粒子放射源，且會(huì)形成較多的蛻化熱。在處置此類物質(zhì)時(shí)，要求隔離時(shí)限大于10%，處理深度約為500～1 000 m，處置介質(zhì)要采用透水性較差的巖石以盡量減少放射性核素的遷移，較高的處置要求帶來了更大的處置難度。就實(shí)操而言，高放廢物處理一般采用地質(zhì)物理處理法和非地質(zhì)物理處理法，地質(zhì)物理處理法是指通過地層熔融處理等方式實(shí)現(xiàn)深地質(zhì)的物理處理，非地質(zhì)物理處理法則主要涵蓋冰層處理、太空處理和核嬗變處理等處置方法[4]。

3.2.1 深地質(zhì)處置法

放射性較高廢物的處置通常采用深地質(zhì)掩埋法，即將廢物掩埋在距離地表500～1 000 m深處的深地質(zhì)區(qū)域。這一處置結(jié)果不僅能較好地滿足放射性安全監(jiān)管指標(biāo)要求，還能為高放射性廢物的自然分解提供充足的時(shí)間。但是，深地質(zhì)處置對(duì)于操作過程規(guī)范性和有效性有較為嚴(yán)格的要求。具體來說，高放射性廢物的深層地質(zhì)掩埋需提前建設(shè)完成，并符合技術(shù)監(jiān)管指標(biāo)要求的地下放射性垃圾處理庫(kù)，還要在垃圾庫(kù)的建設(shè)過程中增加多重保障設(shè)施以確保處置結(jié)果安全、有效防止放射性向地表轉(zhuǎn)移。在實(shí)操過程中，處置人員要將待處理的放射性廢物質(zhì)裝于特定容器內(nèi)，外部包裹防返回物料，最后將其掩埋在深層垃圾處理庫(kù)中。上述處置過程中所涉及的地下垃圾站和包裹用防返回物料共同構(gòu)成了建筑屏蔽體系，這一體系既保證了建筑屏蔽不被外物入侵且免遭風(fēng)化影響，也能夠在足夠久的自然地質(zhì)時(shí)間里創(chuàng)造良好和安全的自然物理學(xué)和生化環(huán)境保護(hù)條件，并通過對(duì)高放垃圾向自然生物圈的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)了滯留和稀釋效應(yīng)。此外，在上述體系中深地質(zhì)介質(zhì)作為自然屏蔽具有雙重功用，即既能防護(hù)污染源，也能防護(hù)周圍微生物環(huán)境條件。

3.2.2 深海床處置法

深海床處置方法主要是指將放射性物質(zhì)投入海底進(jìn)行深層掩埋，原理是利用黏土的性質(zhì)以及海洋的深度水域?qū)崿F(xiàn)高放射性物質(zhì)的永久封存。但是就實(shí)操而言，選定符合黏土沉積地質(zhì)條件和距離海岸線5 000 m左右的深海地理?xiàng)l件等要求的海域難度較大，這一方法實(shí)際應(yīng)用受限頗多。

3.2.3 太空處置法

近年來，隨著人類探索太空技術(shù)條件的不斷成熟以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的持續(xù)積累，通過太空環(huán)境處置放射性服務(wù)的研究已經(jīng)逐漸成為放射性廢物處置的一個(gè)新興熱門研究方向，但是這一處置方法還停留在構(gòu)想層面，相關(guān)技術(shù)仍處于研究階段。

4 放射性管理系統(tǒng)概述

研究表明，放射性廢物處置方法的選擇與有效處置成果的獲取仍然是學(xué)界和業(yè)界難題，在現(xiàn)有技術(shù)條件下提升放射性廢物處置效率必須聚焦優(yōu)化處置方案選擇和即時(shí)推進(jìn)放射性廢物處置兩方面。在這一背景下，構(gòu)建并應(yīng)用有效的放射性管理系統(tǒng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。放射性管理系統(tǒng)的構(gòu)建對(duì)于提升放射性廢物處置的及時(shí)性、規(guī)范性和有效性具有重要意義。我國(guó)需要盡快構(gòu)建滿足國(guó)內(nèi)對(duì)放射物品監(jiān)督管理要求的放射源安全流轉(zhuǎn)信息系統(tǒng)，以期對(duì)放射性危險(xiǎn)物品進(jìn)行即時(shí)有效的動(dòng)態(tài)控制。從系統(tǒng)構(gòu)建范式看，成熟、有效的放射性管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源和含源裝置的全周期閉環(huán)監(jiān)督管理，具體涉及原料裝置采購(gòu)、產(chǎn)品加工、銷售、再利用、回收、儲(chǔ)運(yùn)等關(guān)鍵監(jiān)督管理環(huán)節(jié)，管理目標(biāo)是構(gòu)建事前監(jiān)督、事后跟蹤延伸的系統(tǒng)工作方案。

本文主要分析使用Sybase PowerBuilder9.0設(shè)計(jì)工具的放射性信息物理融合系統(tǒng)（CPS），該系統(tǒng)使用Microsoft SQL Server 2000實(shí)現(xiàn)后端數(shù)據(jù)庫(kù)管理，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)放射性源相關(guān)工作人員、設(shè)備和車輛等對(duì)象的審批與管理。在這一系統(tǒng)的管理下，管理主體可以實(shí)現(xiàn)人員出入登記管理，從原料到成品的放射性源產(chǎn)品出入庫(kù)管理，資金生產(chǎn)平衡管理，銷售、使用和處理放射性物體的手續(xù)文書管理，各循環(huán)儲(chǔ)運(yùn)流程管理等細(xì)分管理目標(biāo)，還可以通過各部門分層安全監(jiān)管、特殊觸發(fā)器回溯重要?dú)v史過程數(shù)據(jù)快照等方式快速實(shí)現(xiàn)歷史過程數(shù)據(jù)信息變化的分析，提升放射性廢物管理效能[5]。

4.1 放射性信息物理融合管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

新型信息物理融合系統(tǒng)可以從管理邏輯角度出發(fā)細(xì)分為物理層、計(jì)算機(jī)層、網(wǎng)絡(luò)層和系統(tǒng)層四大層次。

物理層主要由個(gè)人自主安全智慧、人群自主安全智慧以及其他感應(yīng)器設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成，是整個(gè)放射性體系的基礎(chǔ)單位，主要承擔(dān)近場(chǎng)危險(xiǎn)認(rèn)知和融合運(yùn)算、近場(chǎng)危險(xiǎn)辨識(shí)和決定以及近場(chǎng)反應(yīng)功能，并向上級(jí)提交自我辨識(shí)危險(xiǎn)信號(hào)和自我制定決策信號(hào)，進(jìn)而形成向上級(jí)的感知輸入，也可以通過接受上級(jí)控制和反饋命令成為上級(jí)響應(yīng)的基礎(chǔ)行動(dòng)單位。具體而言，物理層可以按照現(xiàn)實(shí)需求組合為各種尺寸的放射性單位（包括對(duì)象級(jí)單位、庫(kù)室級(jí)單位、廠級(jí)單位等）。

計(jì)算機(jī)層的基本工作單位是裝配在放射性物體（容器）上的對(duì)象級(jí)單位。與基礎(chǔ)層類似的是，它也能夠成為上級(jí)放射性響應(yīng)的感知單位，即計(jì)算機(jī)層可以通過威脅的辨識(shí)和判定形成決策單位，通過向上級(jí)反饋或者向下層傳遞控制指令的方式實(shí)現(xiàn)跨層級(jí)的溝通與反饋，最終完成各層級(jí)放射性信息的融合管理。

網(wǎng)絡(luò)層由可配置的可信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，可以按照需求建立各種尺度的互聯(lián)網(wǎng)（如局域網(wǎng)，廠級(jí)網(wǎng)，城域網(wǎng)等），其可以為向上級(jí)提供感知輸入，也可以就下級(jí)提出的控制指令作出反饋。

系統(tǒng)層承擔(dān)著全局的威脅識(shí)別估計(jì)和決策工作，并利用網(wǎng)絡(luò)層和物理層進(jìn)行著全局的感知與反應(yīng)。

4.2 放射性信息物理融合管理系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

4.2.1 全時(shí)空感知

放射性信息物理融合管理系統(tǒng)可以通過對(duì)內(nèi)信息安全管理工作和對(duì)外信息管理來融合獲取綜合場(chǎng)景的認(rèn)知信息，并完成符合決策目標(biāo)要求的認(rèn)知信息處理，最終平衡全局條件作出最優(yōu)決策建議。另外，放射性信息物理融合管理系統(tǒng)還可以通過分層級(jí)溝通事項(xiàng)重大故障排查、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與快速方案建議，以全時(shí)空感知與全流程介入的方式提升放射性廢物處理的有效性。

4.2.2 全要素聯(lián)動(dòng)

放射性信息物理融合管理系統(tǒng)分為內(nèi)部感知和外部感知兩個(gè)管理范疇。從外部檢測(cè)來看，系統(tǒng)可以在感應(yīng)存在威脅的情況下調(diào)動(dòng)全要素進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，不僅能告知安全部門及時(shí)作出有效應(yīng)對(duì)，還能控制智能放射性廢物的污染范圍以提升安全控制效率，為安保部門的應(yīng)對(duì)和處理爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。從內(nèi)部管理來看，系統(tǒng)安全智能部件能夠發(fā)揮千里眼和順風(fēng)耳的功能，及時(shí)向外在管理系統(tǒng)傳達(dá)對(duì)象的最新信息，在感覺到內(nèi)部威脅時(shí)自我提升安全保護(hù)級(jí)別并告知外在管理系統(tǒng)，調(diào)動(dòng)內(nèi)外管理權(quán)限共同處置問題。

4.2.3 縱深防御

放射性信息物理融合管理系統(tǒng)在原管理基礎(chǔ)上提高了其安全智能水平，并獨(dú)立于系統(tǒng)日常運(yùn)行的保護(hù)體系和庫(kù)房防護(hù)系統(tǒng)，構(gòu)建了保障性的縱深防御系統(tǒng)，通過加固危險(xiǎn)級(jí)別防護(hù)預(yù)備措施避免了共因性失效，有效增強(qiáng)了系統(tǒng)的總體安全能力，體現(xiàn)了內(nèi)外安防融合的縱深防護(hù)理念。

5 放射性廢物處置系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著處理技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，當(dāng)前學(xué)界和業(yè)界對(duì)低放射性物質(zhì)處置的理論探索與實(shí)操經(jīng)驗(yàn)積累關(guān)注度逐漸下降，但是對(duì)于高放射性物質(zhì)處置與安全管理的關(guān)注度持續(xù)上升，近年來高放射性廢物處置相關(guān)研究成果頗豐。就現(xiàn)階段而言，無論是發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家都將深地處置作為高放射性為主的放射性廢物處置方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用的重點(diǎn)方向，對(duì)處置庫(kù)的設(shè)計(jì)、建設(shè)施工技術(shù)、選用材質(zhì)的性能以及評(píng)價(jià)體系等技術(shù)的研發(fā)與優(yōu)化開展了多樣化的探索，例如，美國(guó)的高放射性廢物處置庫(kù)已經(jīng)在2010年正式投入使用，歐洲的荷蘭高放射性廢物處置庫(kù)也已經(jīng)在2020年正式宣布投入運(yùn)營(yíng)。

綜合來看，當(dāng)前具有實(shí)操性的高放射性廢物的處置方法僅是折中方法，可以預(yù)見的是，在幾百年甚至更遙遠(yuǎn)的將來，人類可以根據(jù)科學(xué)進(jìn)步的發(fā)展情況在高放射性等放射性廢物處置方案層面擁有更多選擇的余地，可能是更為無害化的掩埋，也可能是運(yùn)用新型技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)放射性廢物去輻射化處理甚至再利用。這個(gè)漫長(zhǎng)的技術(shù)創(chuàng)新與方法優(yōu)化過程需要智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和專業(yè)技術(shù)人員的深度參與與緊密合作，因此從現(xiàn)在開始構(gòu)建并優(yōu)化放射性信息物理融合管理系統(tǒng)有助于鞏固動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作基礎(chǔ)，為長(zhǎng)達(dá)百年運(yùn)行的處置庫(kù)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)管理，并為此后各項(xiàng)處置技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用提供有效支持。因此，放射性信息物理融合管理系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)是十分重要且必要的。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，本文通過聚焦全球與中國(guó)放射性廢物管理系統(tǒng)的構(gòu)建基礎(chǔ)與可行方案設(shè)計(jì)，梳理了放射性廢物管理系統(tǒng)的現(xiàn)行工作方案，展望了放射性廢物管理未來發(fā)展趨勢(shì)，主張盡快構(gòu)建有效的放射性廢物管理系統(tǒng)。無論是國(guó)際還是國(guó)內(nèi)，隨著人們放射性物質(zhì)危害和處理重視程度的不斷提高，放射性廢物管理系統(tǒng)必將有良好的發(fā)展前景和應(yīng)用市場(chǎng)，放射性信息物理融合管理系統(tǒng)等優(yōu)質(zhì)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用必將迎來發(fā)展藍(lán)海。