中低放廢物的處理

• 放射性廢物是怎么產(chǎn)生的？

在核燃料循環(huán)中的每一步都可以產(chǎn)生放射性廢物。在前段，例如鈾的冶煉和濃縮，在廢物中放射性元素只包含礦石中已經(jīng)有的放射性核素種類(lèi)。這些元素主要是鈾和它的衰變產(chǎn)物；在反應(yīng)堆運(yùn)行中，燃料中的核反應(yīng)（主要是裂變反應(yīng)）能夠產(chǎn)生很多種不同放射性物質(zhì)，以及中子活化堆芯中的各種結(jié)構(gòu)材料。產(chǎn)生的放射性物質(zhì)有以下幾種去路：（1）在核電廠里衰變；（2）釋放到環(huán)境中；（3）作為放射性廢物來(lái)儲(chǔ)存和處理；（4）核燃料循環(huán)再處理。

高中低放射性廢物僅僅是用來(lái)廣泛劃分放射性廢物的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。超過(guò)95%的放射性都包含在乏燃料中或者在高放廢物中（如果進(jìn)行后處理），剩余的放射性將會(huì)在日常反應(yīng)堆運(yùn)行、儲(chǔ)存廠和再處理廠的日常活動(dòng)中產(chǎn)生。與高放廢物不同的是中低放廢物產(chǎn)生的衰變熱很少，因此在儲(chǔ)存期間不需要冷卻。低放廢物的處理甚至不需要特別的保護(hù)，然而處理中放廢物還是要采取一定的保護(hù)措施，而且其中可能含有相當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)壽命放射性核素。

這只是一個(gè)簡(jiǎn)化的描述，關(guān)于核素的細(xì)節(jié)當(dāng)然會(huì)比較復(fù)雜像堆型、核電廠運(yùn)行模式、乏燃料的處理、廢物處理都會(huì)對(duì)放射性的產(chǎn)生、數(shù)量和類(lèi)型有影響。

本文不對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入討論，僅限于處理含放射性核素的中中放廢物的。

• 有哪些放射性廢物？

礦山尾礦

鈾礦開(kāi)采的尾礦產(chǎn)生的放射性物質(zhì)體積在整個(gè)核燃料循環(huán)中是最多的（體積是其他放射性廢物的50-100倍）。這些廢物通常是穩(wěn)定的，基本沒(méi)有處理。而這些廢物包含有長(zhǎng)壽命放射性核素，因此必須采取某些措施來(lái)減少它們對(duì)人類(lèi)和環(huán)境的長(zhǎng)期危害。

反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物

在反應(yīng)堆運(yùn)行期間，中低放廢物是以液體和固體的形式存在。液體廢物是反應(yīng)堆系統(tǒng)和核電站其他系統(tǒng)產(chǎn)生的污水。把這些污水純化或濃縮，然后和水泥或者瀝青混合以做成穩(wěn)定形式的廢物。

固體廢物是任何潛在的放射性材料（反應(yīng)器中的系統(tǒng)或者設(shè)備），如過(guò)濾器，閥門(mén)，管道，垃圾等。大多數(shù)固體廢物是在維護(hù)和修理工作中產(chǎn)生，被壓縮，焚燒或簡(jiǎn)單地裝在桶。封裝在混凝土中可以做成穩(wěn)定的廢料包。

再處理產(chǎn)生的廢物

在后處理中，乏燃料中鈾和钚被溶解分離回收。主要的廢物是能產(chǎn)生大量熱的高放廢物（乏燃料中的大量裂變產(chǎn)物）。某些再處理廢物包含了大量的長(zhǎng)壽命放射性核素，即所謂的超鈾元素，這些核素同樣需要同自然環(huán)境隔離起來(lái)，就像高放廢物和乏燃料一樣。

再處理廠也會(huì)產(chǎn)生中低放廢物，處理方法與反應(yīng)堆廢物的處理是一樣的。

退役廢物

核設(shè)施的退役也會(huì)產(chǎn)生放射性廢物。核設(shè)施除了在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生與工廠運(yùn)行類(lèi)似的廢物外，其他類(lèi)型的廢物也會(huì)產(chǎn)生，特別是反應(yīng)堆中某些內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料和其周?chē)慕Y(jié)構(gòu)材料，都會(huì)有感生放射性。

其他類(lèi)型的中低放廢物

科研單位，放射性核素的工業(yè)用途和醫(yī)療用途也會(huì)產(chǎn)生中低放廢物。在沒(méi)有核電的國(guó)家，這構(gòu)成放射性廢物的大部分，而有核電的國(guó)家，這種廢物只占5-30％的放射性廢物總量的5-30％。

由于核電規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，可以預(yù)計(jì)放射性廢物的數(shù)量將不但增加。

• 放射性廢物是怎么處理？

與全社會(huì)處理的總的有毒物質(zhì)相比，放射性廢物的量還是很小的。

中低放廢物一般是壓縮后裝在鋼桶里，一般就在產(chǎn)生地點(diǎn)的附近。然而，某些類(lèi)型的廢物需要運(yùn)輸?shù)郊刑幚韽S房，例如在某些國(guó)家，低級(jí)別的可燃垃圾就在中央站點(diǎn)焚化。了解廢物的化學(xué)和物理性質(zhì)是對(duì)它們的管理是必不可少的。在廢物的分類(lèi)中，廢物放射性活度和主要核素的含量及半衰期是兩個(gè)基本的考慮因素，這對(duì)廢物的進(jìn)一步處理、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和處置都至關(guān)重要。

在處理、儲(chǔ)存和運(yùn)輸廢物的過(guò)程中，要采取特別的屏蔽措施來(lái)保證安全，并達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

• 用什么方法處理廢物？

把廢物傾倒在海里，這很大程度上依靠核素稀釋和分散到環(huán)境中，但這是現(xiàn)在禁止的，所有關(guān)于中低放廢物的處理方法都是封存，直到放射性衰變到輻射水平滿足安全標(biāo)準(zhǔn)為止。為此設(shè)計(jì)出了多重屏蔽防護(hù)系統(tǒng)，大多數(shù)國(guó)家都已經(jīng)制定或者補(bǔ)充了這方面的政策法規(guī)。

封存期的長(zhǎng)短取決于有毒放射性廢物的比例，特別是核素的半衰期；長(zhǎng)壽命核素的含量將決定長(zhǎng)期封存的方式。

淺埋的廢物通常認(rèn)為是短壽命、低輻射水平的。在核設(shè)施關(guān)閉后，要安裝一些現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控措施以防止人為的入侵。然而，必須清楚的知道監(jiān)控機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)期維持（例如任何形式的監(jiān)督由責(zé)任監(jiān)管部門(mén)的監(jiān)督下進(jìn)行）都不能依靠超越有限的時(shí)間，通常認(rèn)為300年在這方面已經(jīng)是一個(gè)足夠大的尺度了。

相反，深埋的放射性核素被認(rèn)為是一個(gè)完全被動(dòng)的系統(tǒng)，通常被認(rèn)為是長(zhǎng)壽命廢物。在這種情況下，沒(méi)有必要考慮長(zhǎng)久精確的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)保證長(zhǎng)期的完整性，因?yàn)樽匀皇录腿藶榈钠茐牡母怕适呛艿偷摹＿@個(gè)道理很簡(jiǎn)單，但是，不排除對(duì)短壽命廢物進(jìn)行地質(zhì)深埋的可能性。

實(shí)際中，處理中低放廢物主要遵循的：（1）地面處理，對(duì)于有大規(guī)模核電的國(guó)家特別有效。法國(guó)、美國(guó)和英國(guó)都已經(jīng)建立了處理短壽命核素的工廠；（2）地質(zhì)埋藏，具有在處理前可以避免分離長(zhǎng)壽命和短壽命核素的優(yōu)點(diǎn)，特別是淺地表埋藏。廢棄的礦井或者專(zhuān)門(mén)挖的深穴都可以拿來(lái)處理廢物，做的比較好的有芬蘭、德國(guó)、瑞士等。

• 有什么措施可以確保安全處理中低放廢物？

在所有國(guó)家放射性廢物處置庫(kù)的選址，建造，運(yùn)行和關(guān)閉受?chē)?yán)格的授權(quán)和控制程序，當(dāng)然對(duì)其他放射性廢物產(chǎn)生源頭（核設(shè)施，科研單位，放射性同位素的生產(chǎn)和應(yīng)用設(shè)施）和在放射性物質(zhì)整個(gè)裝卸，運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過(guò)程中的都有嚴(yán)格監(jiān)管。這些監(jiān)管程序能夠確保廢物的產(chǎn)生在可靠控制之下。

處置廢物的處置庫(kù)，廢物驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)必須達(dá)到。這些標(biāo)準(zhǔn)可能涉：（1）限制放射性核素的濃度；（2）限制放射性核素的總活度；（3）對(duì)廢物體和廢物包，某些性能標(biāo)準(zhǔn)也要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，例如，機(jī)械，物理和化學(xué)穩(wěn)定性。這些標(biāo)準(zhǔn)很大程度上基于國(guó)際和國(guó)家放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際的量化標(biāo)準(zhǔn)也將取決于每一種處置場(chǎng)實(shí)際情況下的類(lèi)型。

一個(gè)處置點(diǎn)的詳細(xì)特征是在進(jìn)行最后的選址和建設(shè)處置庫(kù)之前進(jìn)行確定。例如，測(cè)量和確定地質(zhì)特征，地下水流動(dòng)和地球化學(xué)條件的模型。在很多情況下，詳細(xì)的特征還包括額外包括工程屏障，例如厚的混凝土拱頂和回填的密實(shí)的土。這將加強(qiáng)對(duì)廢棄物的保護(hù)，防止地下水過(guò)度或過(guò)早侵入，并會(huì)盡量減少或者延遲廢物核素向環(huán)境的遷移。

中低放廢物的長(zhǎng)期安全性可以通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)屏障逐漸失效的預(yù)測(cè)模型來(lái)評(píng)估。一個(gè)完整的安全評(píng)估還包括潛在的地質(zhì)環(huán)境變化對(duì)預(yù)選地點(diǎn)的破壞，例如，在預(yù)選點(diǎn)地質(zhì)可能發(fā)生斷裂或冰川，以及人類(lèi)侵?jǐn)_的動(dòng)作。在發(fā)放許可證中，監(jiān)管部門(mén)會(huì)進(jìn)行評(píng)估安全分析的結(jié)果和他們固有的不確定性。

在施工過(guò)程中，處置庫(kù)的操作和關(guān)閉，將嚴(yán)格按要求操作，以確保是按照計(jì)劃執(zhí)行。

• 從1969年到1990年，有超過(guò)160艘輪船的乏燃料從日本船運(yùn)到了歐洲。

• 日本與英國(guó)和法國(guó)簽訂了關(guān)于處理日本乏燃料的合同。

• 回收到日本核反應(yīng)堆中使用的裂變物質(zhì)，稱(chēng)為混合氧化燃料。

• 第一批處理過(guò)的高放廢物船運(yùn)到日本的時(shí)間是1995年，第十二批也是最后一批來(lái)自法國(guó)的是在2007年。第一批來(lái)自英國(guó)的時(shí)間是2010年。

核能發(fā)電量約占日本電力總量的三分之一，通過(guò)處理乏燃料形成鈾钚循環(huán)來(lái)提高效率，這是日本在能源方面最大化利用的資源的一個(gè)縮影。日本實(shí)現(xiàn)了在2010年前讓它的53座反應(yīng)堆中的三分之一使用鈾钚混合氧化燃料（MOX)。

分離核廢物，特別是幾乎包含了乏燃料中的所有放射性的高放廢物（放射性很強(qiáng)），把其中的鈾和钚提取出來(lái)做成新的燃料。盡管如此，分離過(guò)的高放廢物中依然存在約3%的乏燃料。

1977年到1978年，總共有十家日本企業(yè)與法國(guó)公司阿海琺簽署了再處理乏燃料的合同，同時(shí)也與英國(guó)核燃料有限公司簽訂處理乏燃料的合同，現(xiàn)在由英國(guó)政府的核退役管理局執(zhí)行。約40％乏燃料的再處理是由阿海琺承擔(dān)的，其余由核燃料有限公司承擔(dān)。

從1969到1990年，約有2940噸、4100噸的乏燃料分別海運(yùn)到了法國(guó)和英國(guó)進(jìn)行處理。到2007年中期，超過(guò)2600噸的乏燃料已經(jīng)被處理了。

法國(guó)在2004年完成了這些日本乏燃料的處理，處理過(guò)程中分離出的高放廢物被運(yùn)回日本Rokkasho做終處理前的長(zhǎng)期存放，英國(guó)預(yù)計(jì)會(huì)在2016年前完成處理。

目前，日本已經(jīng)有一個(gè)小型再處理廠（210噸/年）在Tokai運(yùn)行，一個(gè)更大再處理廠（800噸/年）已經(jīng)在Rokkasho修建好了，目前正在調(diào)試中。一個(gè)年產(chǎn)130噸的MOX燃料制造廠在Rokkasho建立，并于2012年進(jìn)入運(yùn)行。

運(yùn)回高放廢物

1995年2月，第一批裝滿12艘輪船的玻璃化高放廢物從法國(guó)運(yùn)回了日本，最后一批是在2007年。這些廢物屬于保管和進(jìn)行終處理的10家日本企業(yè)。這12艘輪船裝有1310個(gè)罐子，包含了約700噸的玻璃化高放廢物。這些罐子是由很結(jié)實(shí)的輪船運(yùn)送的（詳見(jiàn)海洋運(yùn)輸部分）。

從英國(guó)運(yùn)回日本的玻璃化高放廢物最早開(kāi)始于2010年，大約要花8-10年的時(shí)間海運(yùn)11艘裝有900個(gè)罐子的輪船。在玻璃化廢物返回計(jì)劃中，為了減少運(yùn)輸?shù)捏w積，在放射性總量守恒基礎(chǔ)上，一部分較大體積的中放廢物被濃縮成高放廢物。從法國(guó)船運(yùn)回日本的廢物正在按計(jì)劃進(jìn)行，第二批到達(dá)日本是時(shí)間是2011年2月，第三批是2013年2月。

這些廢物被Rokkasho的處理工廠所接收，該工廠能夠存放2880個(gè)罐子的廢物，截止2013年底，該工廠已經(jīng)有1442個(gè)罐子，其中的1319個(gè)來(lái)自La Hague.

回收钚和使用氧化燃料

1993年，第一批來(lái)自再處理回收的核材料生產(chǎn)的新燃料運(yùn)達(dá)了日本。這些新燃料包含了30%的Pu-240,它只可以用作核能發(fā)電，不能用來(lái)造核武器。

钚被回收來(lái)制作混合氧化燃料，钚和貧化鈾混合在一起造出新燃料元件來(lái)放入反應(yīng)堆發(fā)電。混合氧化燃料已經(jīng)在多個(gè)反應(yīng)堆中用來(lái)發(fā)電了。其中1999年的部分混合氧化燃料由于質(zhì)量原因在2002年退還到英國(guó)。

在1999和2001年，有60組混合氧化燃料組件在Tepco’s Fukishima I-3和Kashiwazaki-Kariwa 3 BWR 反應(yīng)堆中使用；2009年，有24、28和16組混合燃料組件，分別在Shikoku’s Ikata 3、 Chubu’s Hamaoka 和Kyushu’s Genkai 3.反應(yīng)堆中使用；2013年來(lái)自法國(guó)的20組混合燃料組件在Kansai’s Takahama-3 反應(yīng)堆中使用。

被分離廢物的玻璃化

為了安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸，再處理過(guò)程中的被分離出來(lái)的高放廢物需要玻璃化處理，即將廢物和硼硅玻璃熔液混合倒入1.3m高的不銹鋼罐子中，冷卻后，這些廢物就被封在玻璃基質(zhì)中，然后把不銹鋼蓋子焊接牢靠。

每個(gè)罐子重達(dá)400千克，包含150L的廢物和玻璃的混合物，其中約14%是高放廢物，這些14%的高放廢物是再處理中2噸乏燃料濃縮的。儲(chǔ)存數(shù)年后，這些混合物的熱功率會(huì)降低到1.5千瓦以下。

海洋運(yùn)輸

這些裝有高放廢物的不銹鋼罐子被裝在特殊設(shè)計(jì)的大桶里，這個(gè)大桶具有很強(qiáng)的屏蔽能力。一個(gè)桶能夠裝下28個(gè)罐子的玻璃化廢物。這些桶與從日本運(yùn)往歐洲裝乏燃料的桶是相似的。

運(yùn)輸用的船是專(zhuān)門(mén)為運(yùn)輸核材料設(shè)計(jì)的雙層船，有104米長(zhǎng)，5100噸重。這些船屬于英籍的太平洋核運(yùn)輸公司，已經(jīng)被簽約用于運(yùn)輸玻璃化廢物，它符合相關(guān)的國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)。它能夠運(yùn)輸高放材料比如高放廢物、乏燃料、混合氧化燃料和钚。截止2007，在30年間太平洋核運(yùn)輸公司已經(jīng)安全運(yùn)輸了170次，總路程達(dá)到800萬(wàn)公里。該公司目前被三家企業(yè)控股：國(guó)際核服務(wù)集團(tuán)（62.5%）、日本公用事業(yè)（25%）和阿海琺（12.5%）。