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、概述在核能利用過程中，會產(chǎn)生許多對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)境受到越來越嚴重的威脅。因此，如何處理和處置這些放射性廢物，是個亟待解決的問題。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)過后處理形成的，含有放射性強、發(fā)熱量大、毒性大、半衰期長的核素 開礦、礦石加工、制備核燃料等過程產(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個機組，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，我國核電裝機容量將達到4000萬千瓦，全國一年產(chǎn)生的中低放廢物將達到4000立方米，高放廢物將達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)計應(yīng)貫徹多重屏障原則（由兩道或兩道以上獨立屏障組成的系統(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)體中建庫處置。全國的高放廢物應(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)廢物的來源和數(shù)

3、量，在考慮經(jīng)濟和社會因素的條件下設(shè)置若干處置場，使中、低放廢物得到相對集中的處置。3、廢物處置系統(tǒng)應(yīng)能提供足夠長的安全隔離期。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 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)濟上有用的核素回收再生 對長壽命核素進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)處置庫一般采用“多重屏障系統(tǒng)”設(shè)計，即把廢物（乏燃料或玻璃固化塊）儲藏在廢物罐中、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。 組成上,處置庫是一個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,處置庫是一項耗資數(shù)十至數(shù)百億,投資期限數(shù)十至百余年,開發(fā)建設(shè)耗時數(shù)十年的工程；時間跨度上,要求處置庫能安全隔離放射性核素的安全期限至少在1萬a ；作用因素上,處置庫不僅要經(jīng)歷開挖和運營期間的力學(xué)擾動,更重要的是還將長時間受放射性輻射和衰變熱的作用以及地球內(nèi)營力的作用；設(shè)計要求和評價目標上,不

5、僅要評價處置庫的區(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, 其評價的空間范圍不僅限于受機械擾動的圍巖,還要包括從處置庫到核素釋放到生物圈的整個地質(zhì)體；社會影響上,由于核問題的敏感性和公眾的反核情緒,高放廢物地質(zhì)處置庫不僅是一項純技術(shù)性的地下工程,而且還是一項政治和社會關(guān)注的工程；工程的可逆性上,基于對處置庫的不確定性、未來技術(shù)進步后廢物的可利用性和更先進處置方案可能性考慮,處置庫一般要求設(shè)計成可逆轉(zhuǎn)和可回??；工程數(shù)量上,一般一個國家首先考慮建造1個全國

6、性的處置庫工程數(shù)量少,工程積累的經(jīng)驗和借鑒的可能性相對也少,工程具有探索性；場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,作為全國唯一的高放廢物地質(zhì)處置庫,在場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)處置庫的地質(zhì)條件應(yīng)有利于處置庫的整體特征，其綜合的幾何、物理和化學(xué)特征應(yīng)能在所需的時間范圍內(nèi)阻止放射性核素從處置庫向環(huán)境中遷移；(2)在未來的動力地質(zhì)作用的影響下，圍巖和整個系統(tǒng)的隔離能力應(yīng)保持在可接受程度；(3)處置庫的水文地質(zhì)條件應(yīng)有助于限制地下水在處置庫中的流動，并能在所要求的時間內(nèi)保證廢物的安全隔離；選址地下實驗室處置庫建設(shè)和運行

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)場址及其附近的現(xiàn)有的和未來的人類活動會影響處置系統(tǒng)隔離能力和導(dǎo)致不可接受的嚴重后果，這種活動的可能性應(yīng)該減少到最低程度。地下研究實驗室是開發(fā)最終處置庫必不可少的關(guān)鍵設(shè)施,在開發(fā)過程中起到下列作用: 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)和試驗樣品; b. 開展1 1工程尺度驗證試驗,在真實的深部地質(zhì)環(huán)境中考驗工程屏障的長期性能; c. 開發(fā)處置庫施工、建造、回填和封閉技術(shù),完善概念設(shè)計,優(yōu)化工程設(shè)計方案,全面掌握處置技術(shù),并估算建庫的各種費用;

8、d. 開發(fā)特定的場址評價技術(shù)及相應(yīng)的儀器設(shè)備,并驗證其可靠性;e. 開展現(xiàn)場核素遷移試驗,了解地質(zhì)介質(zhì)中核素遷移規(guī)律; f. 通過現(xiàn)場試驗,驗證修改安全評價模型;g. 為處置庫安全評價、環(huán)境影響評價提供必不可少的各種現(xiàn)場數(shù)據(jù); h. 進行示范處置,為未來實施真正的處置作業(yè)提供經(jīng)驗; i. 培訓(xùn)技術(shù)和管理人員; j. 提高公眾對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長的時期（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。處置庫的地下設(shè)施、廢物容器和回填材料稱為工程屏障。美國尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫美國高水平廢物的當前總量（2004）商業(yè)乏燃料能源部國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）的罐桶里美國尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫1978年開始針對第一個高放廢物地質(zhì)處置庫的研發(fā)工作,2017年開始接受廢物。整個工程耗資將高達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)有兩個主要含水層，一個在凝灰?guī)r里，一個在碳酸巖里。美國尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫地下處置庫主要由斜井和水平巷道組成,廢物由暫存地運至地面處理設(shè)施,經(jīng)處理后通過斜井運送至地下處置庫；廢物放置于水平巷道中并用平板架托起。美國尤卡山高放廢物地質(zhì)處置庫工程屏障包括: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 處置庫結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)由豎井、螺旋井、深約500m的運輸巷道、處置巷道、豎直處置鉆孔組成。處置巷道相互平行,長約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,每個鉆孔中放置一個廢物罐,廢物罐直徑為1.05m,高為4.8m,每個廢物罐包含約2t乏燃料,總重為2527t。廢物罐外圍填有膨潤土作為緩沖材料,處置完成后,巷道將進行回填。銅具有良好的抗腐蝕性,而鑄鐵則能提供必要的力學(xué)強度,外填膨潤土旨在出現(xiàn)巖石破壞時從力學(xué)上保護廢物罐體、防止地下水和腐蝕性物質(zhì)進入罐體、