高放廢物深地質(zhì)處置

1、高放廢物深地質(zhì)處置高放廢物深地質(zhì)處置一、概述一、概述在核能利用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生許多對(duì)人類不再有用的放射性廢物。而這些日益增多的放射性廢物，使人類的生存環(huán)境受到越來(lái)越嚴(yán)重的威脅。因此，如何處理和處置這些放射性廢物，是個(gè)亟待解決的問(wèn)題。核廢物含有放射性核素的廢物高放射性核廢料中低放射性核廢物核電站使用之后的乏燃料經(jīng)過(guò)后處理形成的，含有放射性強(qiáng)、發(fā)熱量大、毒性大、半衰期長(zhǎng)的核素 開礦、礦石加工、制備核燃料等過(guò)程產(chǎn)生的放射性廢物反應(yīng)堆內(nèi)非核燃料物質(zhì)經(jīng)輻射后產(chǎn)生的活化產(chǎn)物以及放射性同位素應(yīng)用單位放射性污染產(chǎn)物100萬(wàn)千瓦的核電站：中低放廢物70-100立方米年，高放廢物25噸年目前，11個(gè)機(jī)組，一年產(chǎn)生中

2、低放廢物1000立方米，高放廢物為250噸左右。 核工業(yè)十一五發(fā)展規(guī)劃，到2020年，我國(guó)核電裝機(jī)容量將達(dá)到4000萬(wàn)千瓦，全國(guó)一年產(chǎn)生的中低放廢物將達(dá)到4000立方米，高放廢物將達(dá)1000噸。 放射性廢物安全處置原則放射性廢物安全處置原則1、廢物處置設(shè)施的設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹多重屏障原則（由兩道或兩道以上獨(dú)立屏障組成的系統(tǒng)，將廢物與人類環(huán)境相隔離。它包括廢物體、容器、其他工程屏障、安放介質(zhì)及其環(huán)境。）2、分類處置原則。 高放廢物和超鈾廢物，應(yīng)在地下深處合適的地質(zhì)體中建庫(kù)處置。全國(guó)的高放廢物應(yīng)集中處置。 中、低放廢物可采用淺埋的方式或在巖洞中進(jìn)行處置。中、低放廢物應(yīng)采取區(qū)域處置方針，即根據(jù)廢物的來(lái)源和數(shù)

3、量，在考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素的條件下設(shè)置若干處置場(chǎng)，使中、低放廢物得到相對(duì)集中的處置。3、廢物處置系統(tǒng)應(yīng)能提供足夠長(zhǎng)的安全隔離期。中、低放廢物的隔離期不應(yīng)少于 300年；高放廢物和超鈾廢物的隔離期不應(yīng)少于 10 000年。放射性廢物安全處置原則放射性廢物安全處置原則 地表或近地表工程貯存 地質(zhì)處置場(chǎng) 深井處置 海床底層處理 冰蓋處置 宇宙處置 廢物分離 將經(jīng)濟(jì)上有用的核素回收再生 對(duì)長(zhǎng)壽命核素進(jìn)行分離與嬗變高水平廢物處置方案高水平廢物處置方案高放廢物深地質(zhì)處置庫(kù)一般采用“多重屏障系統(tǒng)”設(shè)計(jì)，即把廢物（乏燃料或玻璃固化塊）儲(chǔ)藏在廢物罐中、外面包裹緩沖材料，再向外為圍巖（花崗巖、凝灰?guī)r、鹽巖等）。通常

4、把地下設(shè)施、廢物容器和回填材料稱為工程屏障，把周圍的地質(zhì)體稱為天然屏障。把高放廢物埋在距離地表5001000m的地質(zhì)體中，使之永久與人類的生存環(huán)境隔離，埋藏高放廢物的地下工程即稱為高放廢物處置庫(kù)。 組成上,處置庫(kù)是一個(gè)由廢物體緩沖回填材料巖體組成的、面積為數(shù)平方公里的復(fù)雜而龐大的工程； 在投資和開發(fā)周期上,處置庫(kù)是一項(xiàng)耗資數(shù)十至數(shù)百億,投資期限數(shù)十至百余年,開發(fā)建設(shè)耗時(shí)數(shù)十年的工程；時(shí)間跨度上,要求處置庫(kù)能安全隔離放射性核素的安全期限至少在1萬(wàn)a ；作用因素上,處置庫(kù)不僅要經(jīng)歷開挖和運(yùn)營(yíng)期間的力學(xué)擾動(dòng),更重要的是還將長(zhǎng)時(shí)間受放射性輻射和衰變熱的作用以及地球內(nèi)營(yíng)力的作用；設(shè)計(jì)要求和評(píng)價(jià)目標(biāo)上,不

5、僅要評(píng)價(jià)處置庫(kù)的區(qū)域穩(wěn)定性和圍巖的力學(xué)穩(wěn)定性,更重要的是還要保證廢物體內(nèi)的有害核素在其有害的年限內(nèi)不遷移到生物圈而危害人類生態(tài)環(huán)境,因此,化學(xué)場(chǎng)和核素遷移規(guī)律的研究具有特別重要的意義；研究的空間范圍上, 其評(píng)價(jià)的空間范圍不僅限于受機(jī)械擾動(dòng)的圍巖,還要包括從處置庫(kù)到核素釋放到生物圈的整個(gè)地質(zhì)體；社會(huì)影響上,由于核問(wèn)題的敏感性和公眾的反核情緒,高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)不僅是一項(xiàng)純技術(shù)性的地下工程,而且還是一項(xiàng)政治和社會(huì)關(guān)注的工程；工程的可逆性上,基于對(duì)處置庫(kù)的不確定性、未來(lái)技術(shù)進(jìn)步后廢物的可利用性和更先進(jìn)處置方案可能性考慮,處置庫(kù)一般要求設(shè)計(jì)成可逆轉(zhuǎn)和可回??；工程數(shù)量上,一般一個(gè)國(guó)家首先考慮建造1個(gè)全國(guó)

6、性的處置庫(kù)工程數(shù)量少,工程積累的經(jīng)驗(yàn)和借鑒的可能性相對(duì)也少,工程具有探索性；場(chǎng)址與圍巖選擇和工程布局上,與采礦工程受礦體分布控制和隧道工程受線路控制不同,作為全國(guó)唯一的高放廢物地質(zhì)處置庫(kù),在場(chǎng)址與圍巖選擇上有較大的候選空間,工程布局上可充分考慮地質(zhì)條件。(1)處置庫(kù)的地質(zhì)條件應(yīng)有利于處置庫(kù)的整體特征，其綜合的幾何、物理和化學(xué)特征應(yīng)能在所需的時(shí)間范圍內(nèi)阻止放射性核素從處置庫(kù)向環(huán)境中遷移；(2)在未來(lái)的動(dòng)力地質(zhì)作用的影響下，圍巖和整個(gè)系統(tǒng)的隔離能力應(yīng)保持在可接受程度；(3)處置庫(kù)的水文地質(zhì)條件應(yīng)有助于限制地下水在處置庫(kù)中的流動(dòng)，并能在所要求的時(shí)間內(nèi)保證廢物的安全隔離；選址地下實(shí)驗(yàn)室處置庫(kù)建設(shè)和運(yùn)行

7、(4)地質(zhì)環(huán)境和水文地質(zhì)環(huán)境的物理化學(xué)特征和地球化學(xué)特征應(yīng)有助于限制放射性核素由處置設(shè)施向周圍環(huán)境的釋放；(5)場(chǎng)址及其附近的現(xiàn)有的和未來(lái)的人類活動(dòng)會(huì)影響處置系統(tǒng)隔離能力和導(dǎo)致不可接受的嚴(yán)重后果，這種活動(dòng)的可能性應(yīng)該減少到最低程度。地下研究實(shí)驗(yàn)室是開發(fā)最終處置庫(kù)必不可少的關(guān)鍵設(shè)施,在開發(fā)過(guò)程中起到下列作用: a. 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,為其他研究提供數(shù)據(jù)和試驗(yàn)樣品; b. 開展1 1工程尺度驗(yàn)證試驗(yàn),在真實(shí)的深部地質(zhì)環(huán)境中考驗(yàn)工程屏障的長(zhǎng)期性能; c. 開發(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),并估算建庫(kù)的各種費(fèi)用;

8、d. 開發(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;e. 開展現(xiàn)場(chǎng)核素遷移試驗(yàn),了解地質(zhì)介質(zhì)中核素遷移規(guī)律; f. 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),驗(yàn)證修改安全評(píng)價(jià)模型;g. 為處置庫(kù)安全評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供必不可少的各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù); h. 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); i. 培訓(xùn)技術(shù)和管理人員; j. 提高公眾對(duì)高放廢物處置安全性能的信心,解決高放廢物處置的一些社會(huì)學(xué)難題。功能和要求(1)使大部分裂變產(chǎn)物在衰變到較低水平的相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期（1000年左右）能夠得到有效包容；(2)防止地下水接近廢物，減少核素的衰變熱對(duì)周圍巖石的影響，防止和減緩玻璃固化體、巖石和地下水的相互作用；(3)

9、盡可能延緩和推遲有害核素隨地下水向周圍巖體遷移。處置庫(kù)的地下設(shè)施、廢物容器和回填材料稱為工程屏障。美國(guó)尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)美國(guó)高水平廢物的當(dāng)前總量（2004）商業(yè)乏燃料能源部國(guó)防部高水平廢物體積20,000m3340,000m3放射性35x109居里0.7x109居里能源部/國(guó)防部高水平放射性廢物主要存放于在漢福（Hanford）和薩凡納河（Savannah River）的罐桶里美國(guó)尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)1978年開始針對(duì)第一個(gè)高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)的研發(fā)工作,2017年開始接受廢物。整個(gè)工程耗資將高達(dá)570余億美元，容量包括63000 t(重金屬) 的商業(yè)乏燃料、2500 t (重金屬)

10、能源部和海軍的乏燃料、4500 t (重金屬) 商業(yè)和能源部的高放廢物。拉斯維加斯西北方向100英里火山巖1千萬(wàn)年前火山爆發(fā)形成的緊致穩(wěn)固的沉降灰層凝灰?guī)r下面是沉積碳酸巖貯存庫(kù)層位于“未飽和區(qū)”，大約地表以下300米，地下水位以上300-500米尤卡山下的飽和區(qū)有兩個(gè)主要含水層，一個(gè)在凝灰?guī)r里，一個(gè)在碳酸巖里。美國(guó)尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)地下處置庫(kù)主要由斜井和水平巷道組成,廢物由暫存地運(yùn)至地面處理設(shè)施,經(jīng)處理后通過(guò)斜井運(yùn)送至地下處置庫(kù)；廢物放置于水平巷道中并用平板架托起。美國(guó)尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)工程屏障包括:廢物包裝、廢物體、防水罩、巷道仰拱。防水罩將于關(guān)閉前安裝于廢物上方,目的是將巷壁的

11、水導(dǎo)開,防止落入廢物體上。巷道仰拱包括支撐托架和廢物、巷道軌道系統(tǒng),它由兩部分組成:鋼質(zhì)仰拱結(jié)構(gòu)和粒狀材料組成的道碴。瑞典KBS3V 處置庫(kù)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)由豎井、螺旋井、深約500m的運(yùn)輸巷道、處置巷道、豎直處置鉆孔組成。處置巷道相互平行,長(zhǎng)約250m ,間距為25m；處置鉆孔間距6m,深約8m,廢物體由鐵和銅兩層包裝組成,每個(gè)鉆孔中放置一個(gè)廢物罐,廢物罐直徑為1.05m,高為4.8m,每個(gè)廢物罐包含約2t乏燃料,總重為2527t。廢物罐外圍填有膨潤(rùn)土作為緩沖材料,處置完成后,巷道將進(jìn)行回填。銅具有良好的抗腐蝕性,而鑄鐵則能提供必要的力學(xué)強(qiáng)度,外填膨潤(rùn)土旨在出現(xiàn)巖石破壞時(shí)從力學(xué)上保護(hù)廢物罐體、防止地下水和腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入罐體、