近地表處置場(chǎng)關(guān)閉后核素釋放的環(huán)境影響分析

摘要：作為低中水平放射性廢物的最終去向，近地表處置場(chǎng)的安全具有非常重要的意義。結(jié)合某處置場(chǎng)設(shè)計(jì)工程，分析近地表處置場(chǎng)關(guān)閉后放射性核素釋放景象，并建立模型論證其對(duì)環(huán)境的影響。結(jié)果表明，近地表處置場(chǎng)關(guān)閉后，放射性核素遷移對(duì)公眾劑量很小，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)公眾照射劑量約束值的要求。

關(guān)鍵詞：放射性廢物；處置；釋放景象；環(huán)境影響

中圖分類(lèi)號(hào)：X591 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）08-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.039

Environment Impact Analysis of Radionuclide Release after Closure of Near Surface Disposal Facilities

LIU Huping

（The Fourth Research and Design Engineering Corporation of CNNC， Shijiazhuang 050021， China）

Abstract： As the ultimate destination of low-level radioactive waste， the safety of near surface disposal facilities is of great significance. Based on the design project of a disposal facilities， analyze the radioactive nuclide release scene after the closure of a near surface disposal facilities， and establish a model to demonstrate its impact on the environment. The results indicate that after the closure of the near surface disposal facilities， the migration of radioactive nuclides has a very small impact on the public dose， meeting the requirements of the national standard for the constraint value of public"exposure dose.

Keywords： radioactive waste; disposal; releasing scenario; environment impact

低中水平放射性廢物處置場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)近地表處置場(chǎng)）屬于核設(shè)施，必須對(duì)其開(kāi)展安全分析評(píng)價(jià)并取得批準(zhǔn)后方可進(jìn)行建造和運(yùn)行。近地表處置場(chǎng)的安全分析通?？紤]運(yùn)行期間和關(guān)閉后期的影響。針對(duì)現(xiàn)有工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，分析評(píng)價(jià)近地表處置場(chǎng)關(guān)閉后核素遷移對(duì)環(huán)境造成的影響，結(jié)果表明，放射性核素遷移對(duì)公眾劑量很小[1]。

1 工程概況和廢物源項(xiàng)

根據(jù)某省在運(yùn)和計(jì)劃建設(shè)的核電機(jī)組預(yù)期產(chǎn)生的廢物量與活度，并參考其他核電廠和近地表處置場(chǎng)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，估算近地表處置場(chǎng)關(guān)閉時(shí)接收廢物的主要核素組成與活度，并綜合考慮廢物源項(xiàng)和場(chǎng)址情況，總處置容量按1.5×105 m3規(guī)劃設(shè)計(jì)，廢物總活度約為1.4×1018 Bq，共建設(shè)處置單元72個(gè)，分為8個(gè)子區(qū)布置。處置方式采用半地下、分批覆蓋、分體布置、吊車(chē)軌道以及運(yùn)輸?shù)缆反怪狈桨?。處置單元底板、四周墻體以及頂板均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)輻射屏蔽要求和結(jié)構(gòu)要求，底板厚度為1.0 m，四周墻體厚度為0.7 m；頂板厚度為0.6～0.7 m，關(guān)閉后上部覆蓋厚度為1.0 m的核素阻滯回填層。由于所選場(chǎng)址地下水位較高，高出處置單元底板2.82～5.16 m。為保證地下水位低于處置單元底板一定距離，滿足規(guī)范要求，在近地表處置場(chǎng)的周?chē)贾靡蝗厮?，使處置區(qū)外圍的地下水能夠直接排入大海。

2 核素釋放景象及地下水環(huán)境影響分析

2.1 核素釋放景象

近地表處置場(chǎng)關(guān)閉后，核素從處置單元箱環(huán)境開(kāi)始遷移，遷移過(guò)程可分為3個(gè)階段。

第一階段，核素在處置單元內(nèi)的遷移。核素在處置單元內(nèi)的遷移考慮覆蓋層失效后，降水逐漸滲入處置單元，核素隨水向下遷移。遷移過(guò)程中，考慮核素的衰變、吸附及垂直向下遷移。

第二階段，核素流出處置單元后的遷移。假設(shè)處置單元屏障100年后開(kāi)始失效，放射性核素從處置單元格釋放出來(lái)后，通過(guò)裂隙回填層遷移至截水盲溝。假設(shè)放射性核素從處置單元底部釋放出后沿水平方向向截水盲溝遷移，遷移距離保守考慮為近地表處置場(chǎng)寬度的1/4。從處置單元底泄漏的核素直接進(jìn)入回填裂隙層，在計(jì)算核素在回填裂隙層中遷移時(shí)，考慮回填裂隙層為孔隙介質(zhì)，還需考慮衰變、吸附、對(duì)流和彌散。計(jì)算時(shí)，假定4個(gè)條件：一是不存在其他泄漏源項(xiàng)；二是在回填裂隙層內(nèi)垂直方向上核素混合均勻；三是忽略分子擴(kuò)散；四是考慮核素的衰變。

第三階段，核素在生物圈的遷移。本工程近地表處置場(chǎng)為臨海建設(shè)，根據(jù)地下水流向判斷，核素由處置單元流出后隨地下水最終流入大海。由于海水不作為飲用水和灌溉用水，因此飲水和灌溉途徑不予以考慮。放射性核素隨地下水入海后，在稀釋擴(kuò)散過(guò)程中對(duì)公眾的影響途徑包括食入海水生物造成的內(nèi)照射，邊沉積外照射，在海域中游泳、劃船和從事水上作業(yè)時(shí)受到的外照射。

2.2 地下水環(huán)境影響分析

2.2.1 核素在處置單元內(nèi)遷移計(jì)算

入滲水引起的核素垂直向下遷移比率λinf采用式（1）計(jì)算。

（1）

式中：q為通過(guò)處置單元的達(dá)西流速，即入滲量，m/a；L為放射性核素遷移的總的長(zhǎng)度，即處置單元的高度，m；θw為處置單元內(nèi)介質(zhì)的有效孔隙度；R為處置單元介質(zhì)對(duì)核素的滯留系數(shù)。

降雨入滲主要考慮大氣降水垂直入滲進(jìn)入處置單元，其次考慮橫向地表徑流[2]。首先，分別假設(shè)100年、150年、200年內(nèi)處置單元工程屏障保持完好，雨水不會(huì)滲入單元內(nèi)；其次，工程屏障慢慢失效，入滲量隨之增加；最后工程屏障完全失效，入滲量達(dá)到最大。

處置單元格屏障開(kāi)始失效后，處置單元內(nèi)核素遷移參數(shù)如表1所示。

2.2.2 核素在處置單元外遷移計(jì)算

核素在裂隙含水層中遷移考慮對(duì)流輸運(yùn)和彌散。對(duì)流輸運(yùn)遷移比率λA，ij和彌散遷移比率λD，ij計(jì)算公式分別如式（2）和式（3）所示。

（2）

（3）

式中：Li為裂隙含水層中庫(kù)室的長(zhǎng)度，m；αx為縱向分散度，m；?x為核素在介質(zhì)中的縱向遷移距離，m。

處置單元底部下3 m為裂隙回填層，彌散系數(shù)為7.01 cm。核素分別在處置單元格內(nèi)、裂隙回填層的分配系數(shù)（Kd）[4]如表2所示。

2.2.3 核素在截水盲溝釋放峰值及出現(xiàn)時(shí)間

使用Ecolego軟件模擬計(jì)算核素遷移。保守考慮，假定各個(gè)處置單元區(qū)計(jì)算核素均勻填滿處置單元。根據(jù)各處置單元放射性廢物桶碼放工藝，建立28個(gè)計(jì)算庫(kù)室。假設(shè)100年后處置單元的工程屏障開(kāi)始失效，回填裂隙層主要以開(kāi)挖后爆破造成。計(jì)算過(guò)程中將核素在每個(gè)處置單元區(qū)內(nèi)的回填裂隙層的遷移均劃分為10個(gè)庫(kù)室，每個(gè)庫(kù)室間的核素對(duì)流擴(kuò)散長(zhǎng)度取遷移長(zhǎng)度的1/10?；靥盍严秾又两厮虾怂蒯尫欧逯导俺霈F(xiàn)時(shí)間如表2所示。

2.2.4 生物圈遷移劑量估算

公眾在海邊作業(yè)及活動(dòng)所致公眾劑量主要考慮3種因素：一是通過(guò)食入海產(chǎn)品所致公眾內(nèi)照射劑量；二是岸邊沉積物所致公眾外照射劑量；三是游泳和水上活動(dòng)所致公眾外照射劑量。

食入有效劑量轉(zhuǎn)換因子采用《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18871—2002）中的數(shù)據(jù)；地表沉積和水中浸沒(méi)劑量轉(zhuǎn)換因子取自美國(guó)聯(lián)邦導(dǎo)則12號(hào)報(bào)告《空氣、水和土壤中核素導(dǎo)致的外照射》（FGR12：1993）和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency，IAEA）安全叢書(shū)第19號(hào)報(bào)告；海產(chǎn)品沉積吸附分配系數(shù)Kd取自IAEA安全叢書(shū)第19號(hào)報(bào)告。

根據(jù)該工程低放廢水排放數(shù)值模擬補(bǔ)充研究等報(bào)告結(jié)論，排放量為69 m3/s的工況下，選取放射性核素?cái)U(kuò)散不利的潮型，即典型小潮的稀釋因子，廠址排放口半徑為5 km范圍內(nèi)海域放射性核素的稀釋因子為0.529。

在假設(shè)近地表處置場(chǎng)關(guān)閉后100年，處置單元屏蔽開(kāi)始失效，核素在出露點(diǎn)濃度均為最大值的情況下，通過(guò)食入、岸邊沉積、游泳及水上活動(dòng)等途徑所致公眾劑量值如表3所示。

4 結(jié)論

該工程致公眾最大受照劑量主要貢獻(xiàn)核素為239Pu。近地表處置場(chǎng)關(guān)閉后放射性核素通過(guò)截水盲溝遷移至最近出露點(diǎn)（海邊），通過(guò)食入、岸邊沉積、游泳、水上活動(dòng)等途徑致公眾劑量遠(yuǎn)小于本工程的公眾劑量管理目標(biāo)值。在近地表處置場(chǎng)運(yùn)行期和關(guān)閉后主動(dòng)有組織控制期內(nèi)，需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)地下水位、水質(zhì)和場(chǎng)區(qū)及周?chē)幂椛渌?、氣溶膠、土壤、植物等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相關(guān)措施，為后續(xù)相關(guān)設(shè)施建設(shè)提供支持。

參考文獻(xiàn)

1 王志明，李書(shū)紳.低放廢物淺地層處置安全評(píng)價(jià)指南[M].北京：原子能出版社，1994：51-56.

2 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50014—2021[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2021.

3 INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Safety assessment methodologies for near surface disposal facilities[EB/OL].（2004-07-01）[2024-05-05].https：//www.iaea.org/publications/6971/safety-assessment-methodologies-for-near-surface-disposal-facilities.

4 趙楊軍，李 洋，顧志杰.應(yīng)用Ecolego軟件計(jì)算低、中放固體廢物處置場(chǎng)核素在地下水中的遷移[J].輻射防護(hù)2013（4）：230-234.