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本文主要内容采取综合编写,出自核电纵横,核工业界新闻以及资料的整理
欧美日本苏联等核先发国在上世纪海洋倾倒N轮之后,有人问,中国核废料是如何处理的。
下面简单说说:
我国发展民用核技术本身就晚。1983年,中国确定了发展压水堆核电的技术路线,明确了中国核电发展的基本方向。1984年,中国第一座自主设计和建造的秦山核电站开工建设;1991年12月15日,该电站成功并网发电。
中国采用化学沉淀、离子交换等工艺进行核废料处理。这些方法可以有效地去除核废料中的放射性元素,达到安全处理的目的。同时,中国也在研发新的核废料处理技术,如启明星二号,该技术能够提高核燃料利用效率和对废弃物进行回收利用,为核废料处理带来新的解决方案。
我国在核废料处理技术上的一大突破是“后端燃料循环”。简单来说,就是将使用过的燃料棒送到再处理工厂,提取出可再利用的材料,剩下的废料经过固化处理后进行贮存或掩埋。
我国与国际原子能机构进行合作,并参与到其多个项目中,如“高放废料地下掩埋设计与建设”、“后端燃料循环”,我国的处理方法值得各国学习。尽管中国已经建立了一套相对完善的核废料处理系统,但仍然面临一些挑战和问题。首先,核废料处理需要数十亿的处理耗资,对经济负担较大。其次,中国的核废料处理设施和技术仍需要不断完善和提高。
目前,中国的核废料处理技术主要包括:中低放射性废料处理技术、高放射性废料处理技术、核废料再处理技术、核废料监测和追踪技术。
在中国,核废料的处理主要分为两个阶段:临时存储和最终处置。
在临时存储阶段,废料被储存在特制的容器中,这些容器具有高度保护性和防护性,以防止核辐射泄漏。这些容器通常位于专门建造的核废料储存设施中,远离人口密集区,以确保公众安全。在这个阶段,废料会进行监测和检测,以确保安全性和稳定性。
最终处置阶段是为了将核废料从人类居住区域彻底清除并安全处理。当前,国内正在进行深地质处置的研究和实施,这是一种将核废料封存在深地下的方法。通过选择合适的地质层并使用多层复合材料来封装废料,可以有效隔离和控制核辐射。这种方法是一种长期稳妥的解决方案,并被广泛认可为全球处理核废料的主要方法。
上个十年,国家原计划建设西南、西北、华东、华南、北方五个中低放废物区域处置场,在2016年建成的只有两个:位于广东大亚湾的北龙处置场和位于甘肃404厂的西北处置场。位于四川的飞凤山处置场(西南处置场)正处在建设阶段。
西南处置场场址821厂本就是用了几十年的军工基地,和404厂一样,选址时避免了巨大争议。但据了解,四川省也只同意接受省内核废物。
这些处置厂占地20-50万立方米不等,附近设置几十平方公里的安全屏障,有300年~500年的隔离期。
2016年时,接收核电站中低放废物的实际只有广东北龙处置场,并且只接受本省核废物。浙江、江苏、福建、海南、广西、辽宁等省份均有核电站运营,这些核废物咋办?
其他核电站由 于运营时间较短,站内的暂存库尚能坚持,投运30余年的秦山核电站,其暂存库已是强弩之末。据媒体报道,2015年是秦山核电站中低放固体废物暂存库满容 的“大限”,但计划中的华东中低放废物处置场仍选址未定。针对这个问题,秦山核电站正在建造乏燃料干式贮存设施,以延长乏燃料在厂区内的暂存时间。
为了打破僵局,目前国防科工局和环保部核安全局有意让核电项目上马与废物处置场建设挂钩。即想上项目,就必须接受处置场。
多个核电站水池饱和,高放处置场建设刻不容缓
(大概十年前的图片资料较老,预估时间仅供参考,项目进程早已全面加快)
相较于中低放废物,放射性污染可达百万年的高放废物,更能引发公众对核电成本和环境影响的疑虑。
乏燃料需要先离堆贮存,在核电站的水池里呆上十几二十年,消耗掉残余热量,然后送到后处理厂回收固化,最后才能埋入地下。
中国最早的核电站运营于上世纪90年代,大多数高放核废料仍躺在核电站的乏燃料水池里,高放废物的处置场似乎不用太过着急。
(大概十年前的图片资料较老,预估时间仅供参考,项目进程早已全面加快)
2016年当时现状是多个核电站的乏燃料水池已经快盛不下了。大亚湾核电厂乏燃料水池已经饱和,2013年6月开始,大亚湾核电站只能将乏燃料转运至岭澳核电站处理。
国内另一个投运较久的百万千瓦核电基地田湾核电站也存在类似问题,预计在2016年第9次换料大修之后,将达到乏燃料水池存放上限。
乏燃料后处理厂和高放处置场的建设刻不容缓。
三层防护,最危险的废料“入土为安”
高放废物的辐射长达十万乃至百万年,埋进地下真的可以保证安全吗?万一遇到地震怎么办?会不会污染地下水?
专家在选址时都会考虑这些因素,核废料会经过层层隔离,才能埋入地质条件稳定的“坟墓”。理论上来说,专门建设的放射性废物处置库必然比天然的铀矿床更加安全。
(大概十年前的图片资料较老,预估时间仅供参考,项目进程早已全面加快)
2000年,中国的高放废物处置场在甘肃北山开始钻孔,目前打了19个钻孔,打孔平均成本在120万元。然而,数据的采集还远远不够,国外有的处置库,打了上千个钻孔,美国的高放处置场尤卡山预计花费将超过960亿美元。
至2020年,中国核电站的全寿命周期,产生的乏燃料将达到13.8万吨。按全球核废料处理50.12万美元/吨的平均成本,处置资金将是一个天文数字。
全球首个高放废物地质处置协作中心
2021年 中国国家原子能机构主任张克俭和国际原子能机构总干事格罗西以视频会议形式,共同见证国际原子能机构与中核集团核工业北京地质研究院(以下简称核地研院)签署协议,在核地研院设立“国际原子能机构高放废物地质处置协作中心”。
这是国际原子能机构在全球设立的首个高放废物地质处置协作中心。中心正式成立后,双方将以中国北山高放废物地质处置地下实验室(以下简称北山地下实验室)为重要平台,共同开展高放废物地质处置相关技术研究。
关于安全处置高放废物这一世界性难题,科学家们曾提出“太空处置”“岩石熔融处置”“深海处置”等多种方案。但出于安全、环保、可行性、成本等考虑,这些方案或停留在研究阶段,或被搁浅甚至禁止。比如,深海处置是将高放废物倾倒入固定海域,利用海洋的稀释、自我修复和调节能力来隔离核废料的放射性,但由于无法全面评估其对海洋环境的影响,这种方法在国际社会中存在较大争议,按照《伦敦倾废公约》《巴塞尔公约》等国际公约,1993年后其已被世界各国全面禁止。
核地研院刘旭东博士告诉记者,经过全球科学家几十年的研究与探索,目前国际公认的高放废物处置方案是在地下数百米的稳定地质体中对高放废物进行地质处置
为找到北山这个理想的场址,核地研院高放废物地质处置研究团队已整整奋斗了35年。
1985年,我国高放废物地质处置研究开发的起点。2011年,国家国防科工局和国家环保部联合召开专家评审会,确定甘肃北山可作为我国高放废物处置库首选预选区。
甘肃北山何以成首选预选区?
王驹告诉记者,一个合适的“坑”要考虑多种因素。单从地质角度来讲,区域应地形平缓,地壳稳定,还需具备地表水系不发育、地下水贫乏、岩体完整、岩体工程质量优良和工程地质条件适宜等有利条件。“这一切都是为了更好地‘关’住高放废物。比如,地壳稳定才不会有大动静,损坏地下处置库。同时,地表水和地下水容易渗透侵蚀地下处置库,所以干燥缺水的自然环境很重要。”王驹说。
同时,高放废物的“安身之所”还需综合考虑经济条件和社会效应。地区应尽量人口稀少、交通便利,土地无耕种价值,动植物资源和矿产资源贫乏,这样才能避免影响未来区域经济社会发展。
而甘肃北山,正是满足这些条件的“理想”区域。在北山,团队通过钻孔获得大量极完整岩心。国内外同行一致认为,北山新场场址为当前世界上高放废物处置选址中围岩最为完整的花岗岩场址。
“北山一号”设备整机长约100米,由刀盘、主驱动、后配套拖车等六个部分构成。步进工作将从刀盘开始每部分依次前进1.5米,预计7到8天后抵达工作断面,准备掘进。掘进工作预计工期30个月。
2022年11月18日,我国自主研制的全球首台大坡度螺旋隧道硬岩掘进机“北山一号”,在位于马鬃山的中国北山地下实验室项目建设现场正式启动,开始向50米外的工作断面步进。
中核第四研究设计工程有限公司北山项目部项目经理 赵晓峰:“北山地下实验室主体工程采用螺旋斜坡道,从去年6月份开工以来,一直在为主体工程的实施做准备,包括四通一平工程,110供电线路。现场已组装完成,主体工程具备了正式的实施条件,为下一步开展地下实验室的科研工作,设备验证奠定基础。中铁十八局集团有限公司北山地下实验室项目部TBM技术部部长 李举才:“为保证施工进度,我们全力组织人员进行施工,计划在2025年8月份实现全面贯通。”
由中国铁建重工集团和中铁十八局集团联合打造的全球首台大坡度螺旋隧道掘进机“北山1号”,在中国北山地下实验室项目建设地成功完成组装,将开始地下实验室的主体工程斜坡道开挖任务。
马鬃山的工程地质条件以微风化花岗岩为主,石英含量25%至30%,岩石单轴饱和抗压强度超过260兆帕,超出一般坚硬岩石的标准200个单位,属于施工难度较大的极硬岩地质。为此,设计制造团队专门打造了极硬岩刀盘,比传统平面刀盘破岩效率提高了3倍。