放射性廢物處理處置-西南科技大學-考試重點

1、放廢考點放射性廢物是含有放射性核素或為放射性核素所污染，其放射性核素的濃度或活度大于審管機構(gòu)確定的清潔解控水平，并且預期不再使用的物質(zhì)。放射性廢物的治理辦法：分散稀釋；濃集隔離放射性廢物管理是包括廢物的產(chǎn)生、預處理、處理、整備、運輸、貯存和處置在內(nèi)的所有的行政和技術(shù)活動。放射性廢物管理以“安全”為目的，“處置”為核心。廢物最小化應作為放射性廢物管理必須遵守的宗旨和努力目標放射性廢物管理的輻射防護與安全：實踐的正當性、防護與安全最優(yōu)化、個人劑量與危險限值、干預的正當性 和干預措施的最優(yōu)化放射性廢物的分類方法：按廢物的物理、化學形態(tài)分類（ 氣載、液體、固體廢物）；按放射性水平分類（低 .中 .高廢

2、物）；按毒性分類（低毒組廢物：天然鈾、H;中毒組廢物：137Cs、14C; 131I;高毒組廢物：90Sr、60Co；極毒 組廢物：210Po、226Ra、239Pu）;按釋熱性分類（高、低、微發(fā)熱廢物）。根據(jù)放射源對人體健康和環(huán)境的潛在的危害程度分為I 類源 極度危險源（放射性同位素熱電發(fā)生器、輻射裝置）II高度危險源（工業(yè)丫照相源）III危險源（固定工業(yè)測量儀源：料液測量、挖泥測量）IV低危險源（骨密度儀、經(jīng)典消除器源）V極低危險源（植入人體源、醫(yī)療診斷用99mTc、治療用131I）3低中放廢物：對公眾成員年劑量局于0.01mSv,釋熱率低于2kW/m高放廢物：釋熱率高于2kW/m 3，且

3、長壽命放射性核素的比活度高于短壽命低中放廢物的限值“廢物：單個貨包中長壽命a輻射放射性核素的 Am 4*106Bq/kg ,平均每個貨包的 Am4*105免管廢物：對公眾成員年劑量低于 0.01mSv,對公眾的年集體年劑量不超過1人Sv的含極少放射性核素的廢物排除：是指有些輻射是不必受控制的，如人體內(nèi)的 40K,到達地球表面的宇宙射線所引起的照射，排除在審管 控制之外豁免：是指將確認符合規(guī)定的豁免準則或豁免水平的輻射實踐活動和（或 ）其一個涉及的輻射源，經(jīng)審管部門同意后免予遵循輻射防護和輻射源安全標準及規(guī)章豁免準則：對公眾成員有效劑量低于10Sv/a所引起的年集體有效劑量不超過1人Sv解控（解

4、除審管控制）：是指經(jīng)過去污、清污、熔煉等措施，低于或達到審管機構(gòu)所規(guī)定的活度濃度限值之后，從核審管控制中解脫出來極低放廢物：是放射性水平比豁免（免管）水平略高的低放廢物，其放射性污染水平雖然超過審管機構(gòu)規(guī)定的清潔解控水平，但因為放射性水平很低，不需要用低放廢物那種標準去處置，可以放寬要求，采用簡易包裝和簡易填埋， 可以處置在淺土地填埋場中，覆土壓實之后，監(jiān)控比較短的時間（一般是30 年 ）， 場址就可以開放使用。從數(shù)量來說，放射性廢物主要產(chǎn)生于鈾采冶場址；從放射性活度來說，主要集中在乏燃料后處理廠。在核燃料循環(huán)中，99以上反射性物質(zhì)包容在乏燃料元件的包殼中，如果乏燃料進行后處理的話，95以上的

5、放射性核素計入后處理所產(chǎn)生的高放廢液中。核燃料循環(huán)：是指核燃料的生產(chǎn)、使用、貯存、后處理提取鈾和缽、再制造核燃料、直接處置乏燃料、放射性 廢物處理與處置等一系列工藝過程。實際可用裂變核素235U 239Pu 233U核燃料循環(huán)兩個體系：鈾-缽循環(huán)；社-鈾燃料循環(huán)核燃料循環(huán)前段后段：“前段”包括鈾礦開采、水冶、精制、轉(zhuǎn)換、富集和燃料元件制造；廢氣及其處理：除釋放一般礦井所含有的有害物質(zhì)（礦塵），還釋放危害性很大的氫及氫子體以及放射性氣溶膠和鈾塵。廢氣處理主要是除塵降氫（1）地浸：將配制好的溶浸液通過鉆孔注入地下礦體內(nèi)，將天然埋藏條件下的礦體中的鈾浸出，由抽出孔把浸出 液抽出，輸送到水冶廠。需要條

6、件：礦體要疏松、滲透性好；上下盤圍巖隔水型性能好；地下水埋深和流量要 符合地浸條件（2）堆浸：在預先鋪設好的底板上堆置破碎成一定粒度的鈾礦石，間隙式噴淋配好的溶浸液，溶浸液在礦堆內(nèi)滲透時通過毛細作用和分子擴散作用浸出金屬鈾，收集浸出液。需要條件：為提高堆浸的效果產(chǎn)率，鈾礦石應破 碎成適當?shù)牧健＃?）原地爆破浸出：用爆破法將礦體在原地破碎成一定粒度的礦塊，然后注入配制好的溶浸液，將鈾浸出，輸送 到水冶廠處理尾礦砂：95%的鐳留在尾礦砂中，由于數(shù)量巨大，因此必須作為一類特殊廢物妥善治理，應建壩存放，要建造 安全穩(wěn)固的尾礦庫，尾礦壩的底部和周邊必須采取防滲漏措施，尾礦庫要防垮壩和防尾礦流失等事故。

7、工程措 施和人工植被相結(jié)合的治理方法保護了尾礦壩體鈾水治廢氣：其中222Rn的影響最大鈾精制：鈾水冶廠產(chǎn)生的粗產(chǎn)品“黃餅”或U3O8,含有很多雜質(zhì)，必須進一步純化已達到要求的核純度。TBP萃取法是典型的精制工藝，其中第一步是把粗鈾濃縮物溶解于硝酸中，第二步是用溶劑萃取法分離溶解液中的鈾和其他金屬雜質(zhì)離子。在萃取過程中，用TBP作萃取劑，使用過的 TBP用5% Na2CO3洗滌，除去降解產(chǎn)物磷酸丁二酯（MBP）和磷酸丁一酯（MBP）,蒸發(fā)脫硝過程產(chǎn)生的 HNO3和NOx氣體送到硝酸回收系統(tǒng)回收硝酸UF6有高的熱穩(wěn)定性和揮發(fā)性，是實現(xiàn)鈾富集的最好化合物形式，主要鈾轉(zhuǎn)換過程有 UO3+H1 UO2+

8、H2O（還原650 C） , UO2+4HF- UF4+2H2O（氫氟化 500 C ）, UF4+F2 UF6（氟化 300 C ）鈾轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的廢物主要是固體CaF2,此外還有含CaF2、Ca（OH） 2和少量鈾的泥漿廢物天然鈾含有238U 99.28 %,235U0.17%和234U 0.006%,而燃料元件需要 35%富集度的235U,研究堆、實驗堆要求用10%以上甚至90% 235U 的高濃度鈾.氣體擴散法：此方法耗電和耗水量大，約占成本的70%;離心分離法：工廠規(guī)模小耗能??； 激光法；鈾富集過程產(chǎn)生大量的貧化鈾，貧化鈾不能算作廢物，它還有許多用途，貧化鈾密度大，是鉛的兩倍，與鴇相當，

9、可用 于制造穿甲彈和裝甲武器等.反應堆運行廢物的核素來源為：裂變反應；活化反應. “廢物是指含有半衰期大于 30a的“反射體，其放射性活度濃度在單個廢物貨包中大于4*10 6Bq/kg的廢物；超鈾廢物是指含有原子序數(shù)大于 92,半衰期大于20a的放射性核素，其比活度大于4*106Bq/kg的廢物。高放廢物往往是 “廢物或超鈾廢物，但 a廢物或超鈾廢物不一定是高放廢物。.乏燃料的貯存方式一一濕法貯存：就是水池貯存利用池水傳到衰變熱和冷卻乏燃料元件，池水必須保持較低溫 度和優(yōu)良水質(zhì)（40C）,池水連續(xù)或定期用離子交換和過濾處理，并適當處理池底的淤；干法貯存：是將乏燃料裝在鋼制或混凝土制的專門容器和

10、構(gòu)筑物中，一般利用空氣循環(huán)傳熱.干法貯存靈活性好，可以模塊化，建造和運行費用較低；關(guān)鍵在于衰變熱導出乏燃料后處理：回收利用殘留的鈾和新生成的钚，有效利用鈾資源；轉(zhuǎn)變成公眾可接受的易安全處置的形式； 可提取有用核素如137Cs、90Sr、99Tc、147Pm、貴金屬和超鈾元素?，F(xiàn)在普遍采用的后處理工藝是濕法普雷克斯 (PUREX) 流程核設施退役：退役是指核設施使用期滿或因其他原因停止服役后，為了工作人員和公眾的安全以及環(huán)境保護而 采取的活動。在退役過程中，去污是不可少的重要環(huán)節(jié)，切割解體是退役工作的重點任務之一廢物最小化：是指廢物量(體積和重量)和活度(廢物中放射性核素含量)合理可達到的最小。

11、廢物最小化是放射性廢物管理基本原則之一。廢物最小化的方法：優(yōu)化管理；減少源項；再循環(huán)和再利用；減容處理放射性氣溶膠是固體或液體放射性微粒懸浮在空氣或氣體介質(zhì)中形成的分散體系，放射性氣溶膠的粒徑為10-310 xm,小于0.1科咕勺微粒在空氣中做布朗運動，不因重力作用而沉降，170dm的微粒沉降緩慢，能長久懸浮在空氣中。放射性氣溶膠是造成人體內(nèi)照射的主要因素. 氣載放射性廢物中存在的核素種類很多，最受重視的為碘、氪、氙、氡、氚、碳、銫和釕等 125I(T1/2=60.2d) 131I(T1/2=8.04d) 129I(T1/2=1.6*107a). 133Xe裂變產(chǎn)額較高，在裂變氣體產(chǎn)物中占有較

12、大的份額，但133Xe半衰期較短(5.27d),易用衰變貯存降到安全水平. 85Kr(T 1/2=10.7a) 222Rn(T1/2=3.82d)是 226Ra 的衰變產(chǎn)物.瓶(T1/2=12.3a)為低能純6發(fā)射體 天然生成的瓶是宇宙射線作用的產(chǎn)物+%-12C+3H反應堆中瓶產(chǎn)生由：鈾或缽三裂變；冷卻劑中笊核活化，D(n, r)T;控制棒及冷卻劑中硼、鋰的中子俘獲，10B(n , 2 a )T 6Li(n , a )T7Li(n , a n)T. 14C是一種長壽命核素，半衰期為5730a。自然界中的14C是宇宙射線作用的產(chǎn)物，人工放射性14C主要為活化產(chǎn)物，由17O(n , r), 14N

13、(n , p)和13C(n , 丫)對于重水反應堆，以17O(n, r)核反應產(chǎn)生的14C貢獻最大；對于 壓水堆，以14N(n, p)核反應產(chǎn)生的14C貢獻最大. 氣載放射性廢物的處理：通風法(氣流組織由低污染區(qū)流向高污染區(qū)，通過逆止閥防止發(fā)生逆流和竄流)衰變貯存(加壓貯存；吸附床滯留)低溫回收85Kr(將乏燃料元件溶解尾氣經(jīng)初步凈化后加壓冷凍到-32C,利用氟利昂作溶劑吸收Kr和Xe,然后減壓升溫進入精儲柱，去除氧和氮，最后利用氟和氤的沸點差將他們分離開)；干法除塵(旋風除塵器、袋式過濾器、電除塵器、硅膠柱吸附器、高溫陶瓷過濾器、燒結(jié)金屬過濾器)； 濕法除塵(篩板塔、泡罩塔、填充床洗滌器、噴

14、淋洗滌器、文丘里洗滌器). 常用吸附過濾器:碘吸附器(又稱碘過濾器)浸漬活性炭是活性炭浸漬KI 或 PbI2、 CuI2、 AgNO 3或三乙撐二胺(TEDA). 低中放廢液的凈化處理：沉淀法(雖然Ra 和 Ba 化學性質(zhì)相似，離子半徑相近，鐳離子可以代替鋇離子進入硫酸鋇沉淀的晶格中，發(fā)生共沉淀載帶，使鐳得到凈化，此法的去鐳效應可達9399，有些核素雖不能與常量物質(zhì)形成沉淀或共沉淀物，但卻能被吸附在別的沉淀物或晶格的表面). 沉淀法的優(yōu)缺點：優(yōu)點是工藝流程和設備簡單，操作比較方便，建造投資與運行費用較低；可處理含懸浮顆粒、膠體、 有機物和較多常量鹽分的廢液；適合于處理低放廢液和廢液產(chǎn)生量小的單

15、位使用。缺點是去污因子較低，減容倍數(shù)較小；難以實現(xiàn)連續(xù)運行和自動化操作；由于加入沉淀劑，二次廢水往往有較高的鹽分，二次廢物量 較大。.蒸發(fā)濃縮法：蒸發(fā)法可用于處理不同含鹽量(甚至高達200300g/L)的各種廢液，處理能力大，可獲得很高的去污因子， 一般為 103106， 并且有較大減容倍數(shù)(幾十到幾百倍)， 一般處理能力為0.56t/h。 蒸發(fā)法的不足之處：耗能多、投資和運行費用高、系統(tǒng)復雜、運行和維修要求高.離子交換法：（核素需以離子形態(tài)存在 ）R-H+M-R -M+H+ R-OH+N- -R -N+OH-優(yōu)點：工藝成熟；去污因子較 高 （10100）；操作簡單，可適于連續(xù)運行和自動化操作

16、。缺點：不適于非離子型液體；鹽含量和懸浮物的含量有限制；存在膠體會帶來麻煩；有機離子交換劑的耐輻照和耐熱性差；再生時會產(chǎn)生較多的二次廢物. 電滲透（連續(xù)電除鹽技術(shù)或叫電脫離子法）：在淡室內(nèi)填裝陽、陰混合離子交換劑，使離子交換劑的交換和再生在電滲透工作過程中連續(xù)進行。從淡室出來的水可達到蒸儲水純度反滲透：是在濃溶液側(cè)施加壓力（Ptt）讓濃溶液中的溶劑通過半透膜進入稀溶液中，使?jié)馊芤鹤兊酶鼭?，起到濃縮作用，反滲透適用于處理含鹽量較低（0.540g/L,pH=312, 溫度不高于45 ）的低中放廢液，去污因子達10100，濃縮液體積占料液的10左右。.反滲透已在海水與咸水淡化和民用水處理中得到廣泛使

17、用。注意事項：因為采用較高的壓力（1.510MPa）,要防泄漏；要用可靠和無泄漏的高壓泵；定期清洗和更換膜組件；用反滲透作廢水預處理，不能用臟的水做供料. 超濾:工作壓力較低（0.11.4MPa）.有機廢液處理：TBP/煤油焚燒處理，熱解焚燒，TBP熱解生成的P2O5與Ca（OH）2反應生成焦磷酸鈣。蒸發(fā)出來的煤油和丁烷與丁醇等經(jīng)高溫過濾器進入后燃燒室，在后燃燒室被燒掉，熱解焚燒TBP 避免了生成磷酸的腐蝕和尾氣處理困難問題. TBP回收再利用：真空蒸儲；用5%的W2CO3溶液水洗，力濃磷酸，分離 TBP和煤油水泥固化：水泥固化不能直接固化有機廢液，但水泥可以固化乳化的有機廢液，也可以固化吸收

18、有機廢液的吸收劑. 焚燒和壓實：放射性廢物焚燒是將可燃性廢物氧化處理成灰燼或殘渣；壓實減容是借助機械力使廢物密實化， 提高廢物的整體密度。焚燒優(yōu)點：減少貯存和處置所占場所以及運輸、貯存和處置的費用；提高廢物貯存、運 輸、處置的安全性；可回收239Pu、 235U 等貴重易裂變物質(zhì)壓實優(yōu)點：建造投資和運行費用低，對場址要求不高；設備簡單，運行方便，維護保養(yǎng)容易，易實現(xiàn)自動化；二次廢物較少. 焚燒工藝可分為：分揀、破碎、進料、焚燒、排灰、煙氣冷卻、煙氣凈化過程.煙氣凈化：（二嗯英：致癌物，難降解、毒性大、可長距離遷移。去除方法：急驟冷卻，從大于1000 c迅速冷卻到200,250350與飛灰發(fā)生異

19、相催化反應生成二惡英；過濾器）煙氣中會含有 NOx和P2O5等酸性氣體；焚燒含氟塑料，煙氣中會含有 HF、F2等酸性氣體，這些酸性氣體有強腐蝕性，會腐蝕煙氣凈化系統(tǒng)的設備。. 濕法氧化：酸煮解（處理含氯較多的含鈾廢物以及超鈾廢物）是用熱濃硫酸和硝酸（250 ）浸煮可燃固體廢物，將有機物分解成簡單的氣體組分，把大部分無機物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}和氧化物。硫酸作用：把有機物碳化；為硝酸的氧化提供高溫介質(zhì)，該反應主要靠硝酸來氧化碳化物。硝酸還把硫酸分解有機物形成的SO2氧化成SO3. 離子交換樹脂的過氧化氫催化氧化反應的特點是自由基鏈式反應. 水泥固化：不適用放射性水平高的；含易揮發(fā)核素；金屬腐蝕或產(chǎn)生氣體。

20、水泥固化特性：水灰比；鹽灰比； 流動度；凝結(jié)時間；泌水性；水化熱。水泥固化體性能要求：抗浸出性；機械強度；耐輻照性；熱穩(wěn)定性。. 瀝青固化：瀝青不能用于固化高放廢液原因（瀝青的融化溫度低，包容的裂變產(chǎn)物的衰變熱量不能過大；輻射作用會使瀝青固化體中的水分和碳氫有機物分解，產(chǎn)生氫氣和甲烷等燃爆性氣體；瀝青包容高濃度的硝酸鹽會加 速瀝青的氧化）. 瀝青固化技術(shù)的優(yōu)缺點優(yōu)：工藝設備和固化材料容易獲得；可處理多種廢物；廢物包容量高；固化產(chǎn)品浸出率低。缺：必須嚴格控制溫度；瀝青固化貯存溫度不高于60；瀝青固化體基質(zhì)容易老化；易受微生物的浸蝕；瀝青固化體受輻照易發(fā)生輻射分解；遇水易腫脹塑料固化：聚乙烯固化、

21、聚氯乙烯固化屬熱塑性固化。環(huán)氧樹脂固化：聚合溫度不大于100，產(chǎn)生二次廢物少，工藝簡單。改進環(huán)氧樹脂固化：節(jié)約用量；降低聚合時最高發(fā)熱溫度玻璃固化低中放廢物：不需要加許多添加劑，并且能獲得高性能的固化產(chǎn)品。核電站廢物中含有較多的硼和鈉，核電站含硼廢物進行玻璃固化，可以少加入基礎玻璃，提高廢物的包容量，并且獲得高性能的固化體，稱作最少添加劑穩(wěn)定化工藝改進樹脂固化溶脹辦法解決樹脂固化溶脹的辦法：降低樹脂的腫脹應力；增加水泥基體的抗脹強度，添加鋼纖維。蒸汽重整法水力壓裂法：水力壓裂是將水泥固化處理與處置結(jié)合于一體的方法，他在固化技術(shù)方面類似于水泥固化，但他是在深地下進行水泥固化。水力壓裂選用石油工業(yè)

22、成熟的壓裂技術(shù)和設備，把低中放廢液和水泥及添加劑制成的灰漿注入地下封閉的透水性很低的頁巖層中，凝固后與頁巖形成一個整體，使放射性廢物與人類環(huán)境安全隔離高放廢液的特性：放射性強；毒性大，半衰期長；發(fā)熱率高；酸性強，腐蝕性大。高放廢液的貯存：貯槽采用雙壁或有托盤，可以接納萬一發(fā)生泄漏而瀉出的高放廢液。貯槽內(nèi)裝有冷卻蛇管不斷通過冷卻水，保持高放廢液處于60以下，防止高放廢液的自釋熱致沸；裝有空氣攪拌裝置，不斷攪動貯槽內(nèi)的高放廢液，防止形成沉淀和產(chǎn)生熱點；貯槽廠房有足夠的通風和空氣凈化能力，保證輻解所產(chǎn)生的氫等燃爆性氣體濃度低于允許下線，為了以防萬一，還要求建立備用貯槽和可靠的倒槽措施高放廢液的玻璃固

23、化：高放廢液中核素種類和形態(tài)很多，還有許多非放射性物質(zhì)混在一起；有強放射性和衰變熱； 有的成分是易揮發(fā)的；核素的衰變可能導致固化體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變磷酸鹽玻璃溶制溫度較低（1000），可接納較多的硫、鉬和鉻，但高溫磷酸鹽玻璃的腐蝕性大，熱穩(wěn)定性差，容易析晶，核素浸出率高。彭硅酸鹽玻璃熔鑄穩(wěn)定11001200，提高熔鑄溫度，玻璃固化體穩(wěn)定性提高，但揮發(fā)組分損失增加尾氣處理要求高，爐體腐蝕加大，所以控制溫度不高于1200 度焦耳加熱陶瓷熔爐法：處理量大，工藝相對比較簡單，熔爐壽命長，不足熔爐體積大冷坩堝法：腐蝕性小，熔爐壽命長；熔爐溫度高，可處理多種廢物；退役容易。不足：冷坩堝熱效率低，耗能比較大；冷坩

24、堝多以煅燒物形式進料玻璃固化配方和特性鑒定：要求玻璃固化體有良好的化學、機械、熱、輻照穩(wěn)定性。玻璃固化是一種化學包容基礎玻璃氧化物：網(wǎng)絡生成體氧化物；網(wǎng)絡外體氧化物；中間體氧化物.影響固化、貯存、運輸工藝的特性：粘度（粘度不宜太大1100c粘度為100400dPa s）;電導率；析晶（影響析晶主要因素是組分與溫度，玻璃析晶由晶核形成速率、晶體生長速率、玻璃的粘度所影響）；. 消除黃相：提高熔鑄溫度增大SO3 的揮發(fā)量；降低玻璃固化體的高放廢液的包容量；攪動玻璃熔融體，采取鼓泡、設攪拌槳使之混合；改進配方. 浸泡實驗：靜態(tài)浸泡；動態(tài)浸泡；快速浸泡硬. “輻照對玻璃體的有害影響有：貯存能；氨釋放；浸出率高；體積變化. 人造巖石固化：根據(jù)”類質(zhì)同象”替代和低共熔原理，通過高溫固相反應制造的一種熱力學穩(wěn)定的、多相鈦酸鹽陶瓷固化體。重要礦相：鈣鈦錯石（Z）堿硬鎰礦（H）鈣鈦礦（P）金紅石（R）,穩(wěn)定性ZHPR。與玻璃固化體相比，熱穩(wěn)定性好，熱導率高。人造巖石固化需要高溫高壓操作，生產(chǎn)工藝比較復雜，設備條件要求較高，此外他還需要較貴的烷氧基金屬化合物作為生產(chǎn)原料，使得生產(chǎn)成本較高. 分離嬗變：通過化學分離把高放廢液中的超鈾元素和長壽命裂變產(chǎn)物分離出來，制成燃料元件或靶件融反應堆或加速器中，通過核反應