核废物处置-7

1、核核 废废 物物 处处 置置 课时：课时：40学时学时 2010.12第七章第七章 放射性废物处置的放射性废物处置的安全评价安全评价 第一节第一节 概况概况 第二节第二节 放射性废物处置安全评放射性废物处置安全评价方法学价方法学 第三节第三节 放射性废物处置安全评放射性废物处置安全评价管理程序价管理程序 第四节第四节 放射性废物处置安全评放射性废物处置安全评价实例价实例 第一节第一节 概况概况 放射性废物处置的安全评价：是通过安全放射性废物处置的安全评价：是通过安全分析预测建立放射性废物处置库的可能后分析预测建立放射性废物处置库的可能后果，然后将这些后果与可接受标准进行比果，然后将这些后果与可

2、接受标准进行比较。并把这些结果提交有关管理当局，作较。并把这些结果提交有关管理当局，作为进行可接受性判断的参考准则。为进行可接受性判断的参考准则。 管理部门可以将安全评价的结果应用管理部门可以将安全评价的结果应用于下述目的：于下述目的： (1)(1)依照有关的可接受标准，确定场依照有关的可接受标准，确定场( (库库) )址是否适宜，处置库是否能够建造、址是否适宜，处置库是否能够建造、运行或关闭。运行或关闭。 (2)(2)估价有关防护系统和预防措施是估价有关防护系统和预防措施是否能够起预期的作用。否能够起预期的作用。 (3)(3)确定必要的管理限值和处置库设确定必要的管理限值和处置库设计、运行、

3、关闭及监测的规范。计、运行、关闭及监测的规范。 (4)(4)证实处置库符合常规的安全标准证实处置库符合常规的安全标准及环境、资源保护标准。及环境、资源保护标准。 (5)(5)估价由放射性废物处置引起的总估价由放射性废物处置引起的总的放射学影响。的放射学影响。 安全评价安全评价的的基本组成部分基本组成部分 （1）确定有哪些现象能够导致放射性核素的）确定有哪些现象能够导致放射性核素的释放，或者能够影响释放的速率，或影响放释放，或者能够影响释放的速率，或影响放射性核素进入环境的迁移速率。射性核素进入环境的迁移速率。（2）估算这些现象发生的概率，并定量地估算这些现象发生的概率，并定量地表示其对处置系统

4、的影响。表示其对处置系统的影响。（3）计算核素释放的辐射后果，即个人剂计算核素释放的辐射后果，即个人剂量和集体剂量，若需要则进而再估算所致健量和集体剂量，若需要则进而再估算所致健康效应。康效应。第二节第二节 放射性废物处置安全放射性废物处置安全评价方法学评价方法学 一、情景分析和后果分析一、情景分析和后果分析 二、确定论方法和概率论方法二、确定论方法和概率论方法 三、评价模式三、评价模式 四、安全评价的辐射防护标准四、安全评价的辐射防护标准 五、各子系统效能评价准则五、各子系统效能评价准则 六、安全评价结果六、安全评价结果 一、情景分析和后果分析一、情景分析和后果分析n情景分析情景分析 情景分

5、析涉及鉴别和定量描述能够引起情景分析涉及鉴别和定量描述能够引起或影响放射性核素由源到人的释放、迁移或影响放射性核素由源到人的释放、迁移现象及其相互影响。现象及其相互影响。 情景分析的任务是鉴别对总的放射学影情景分析的任务是鉴别对总的放射学影响有重要贡献的现象，并排除贡献较小或响有重要贡献的现象，并排除贡献较小或无贡献的现象。无贡献的现象。 一、情景分析和后果分析一、情景分析和后果分析n后果分析后果分析 后果分析的目的是确定出放射性废物处置造成后果分析的目的是确定出放射性废物处置造成的对人的辐射剂量，特别是在处置库封存以后的的对人的辐射剂量，特别是在处置库封存以后的这类辐射。这类辐射。 后果分析

6、涉及以下一些内容：后果分析涉及以下一些内容：放射性核素放射性核素从废物体和处置库的释放，从废物体和处置库的释放，放射性核素通过岩放射性核素通过岩石向生物因迁移以及最终造成对人的辐射。石向生物因迁移以及最终造成对人的辐射。 在进行情景分析和后果分析时在进行情景分析和后果分析时( (框图见框图见p296p296图图7.1)7.1)，一般使用确定论方法和概率论方法。，一般使用确定论方法和概率论方法。 二、确定论方法和概率论方法二、确定论方法和概率论方法 确定论方法是经典的系统分析方法，确定论方法是经典的系统分析方法，该方法是利用科学和工程规律研究系统的该方法是利用科学和工程规律研究系统的行为。确定论

7、分析方法要求在被分析系统行为。确定论分析方法要求在被分析系统内以及进行的所有过程之间存在明确的关内以及进行的所有过程之间存在明确的关系。该分析有两部分内容，系。该分析有两部分内容，第一部分是确第一部分是确定某些现象是否可能发生，第二部分是预定某些现象是否可能发生，第二部分是预料那些可能的现象发料那些可能的现象发生时产生的状况。第生时产生的状况。第一部分分析工作主要采用稳定性分析方法一部分分析工作主要采用稳定性分析方法进行，第二部分分析工作主要采用科学和进行，第二部分分析工作主要采用科学和工程分析方法进行。工程分析方法进行。 应用确定论方法的例子应用确定论方法的例子 (1)在已知地下水化学成分、

8、流速以及废物在已知地下水化学成分、流速以及废物容器侵蚀特征等资料时，估算废物容器容器侵蚀特征等资料时，估算废物容器的处置寿命。的处置寿命。 (2)利用应力分析和线性弹性断裂力学方利用应力分析和线性弹性断裂力学方法，估算冰川负载和回弹对坚硬岩石中法，估算冰川负载和回弹对坚硬岩石中裂隙分布的影响。裂隙分布的影响。 概率论分析涉及一套研究效应习题的概率论分析涉及一套研究效应习题的统计学方法。统计学方法。 失效树和故障树分析是研究系统可靠失效树和故障树分析是研究系统可靠性和概率安全性的常用方法。使用这种方性和概率安全性的常用方法。使用这种方法时，被研究系统的失效过程的逻辑关系法时，被研究系统的失效过程

9、的逻辑关系用树枝结构图表示。可采用计算机分析其用树枝结构图表示。可采用计算机分析其结构，以定性和定量地确定系统可靠性和结构，以定性和定量地确定系统可靠性和概率安全性。概率安全性。 失效树分析是一种演绎概率方法，借失效树分析是一种演绎概率方法，借助于这种方法可以推演出导致系统失效的助于这种方法可以推演出导致系统失效的组分种类。使用这一分析方法可以得出引组分种类。使用这一分析方法可以得出引起系统失效的基本事件组合。起系统失效的基本事件组合。 故障树分析是一种归纳概率方法，与故障树分析是一种归纳概率方法，与失效树分析相反，它是从基本的原发事件失效树分析相反，它是从基本的原发事件入手、分析各事件随时间

10、的推演过程，以入手、分析各事件随时间的推演过程，以展示导致系统失效的逻辑传播过程。展示导致系统失效的逻辑传播过程。 蒙持卡罗分析法和马可夫链分析法是蒙持卡罗分析法和马可夫链分析法是研究系统可靠性和概率安全性的另一类常研究系统可靠性和概率安全性的另一类常用方法，其为模拟分析的随机方法。该类用方法，其为模拟分析的随机方法。该类方法一般用于分析不能用确定论方法描述方法一般用于分析不能用确定论方法描述的系统，或者因为这些系统太复杂以致难的系统，或者因为这些系统太复杂以致难以用抽象的数学形式来描述或者因为所以用抽象的数学形式来描述或者因为所用的数学方程不能用解析方法求解时采用。用的数学方程不能用解析方法

11、求解时采用。 三、评价模式三、评价模式 为了进行安全评价、需要开发合适的为了进行安全评价、需要开发合适的评价模式。模式是一个真实系统的数学形评价模式。模式是一个真实系统的数学形式，真实系统须充分简化以作定量分析。式，真实系统须充分简化以作定量分析。模式可分为确定型模式和概率型模式两类，模式可分为确定型模式和概率型模式两类，在某些情况下，该两类模式可合并到同一在某些情况下，该两类模式可合并到同一个系统模式中。个系统模式中。 理想的放射性废物处置系统安全理想的放射性废物处置系统安全评价模式评价模式所需要素：所需要素： 放射性核素在废物中的盘存量（放射性核素在废物中的盘存量（某一时刻重要某一时刻重要

12、放射性核素在废物或废物体中的含量放射性核素在废物或废物体中的含量 ）；）； 放射性核素从废物体个释放的速率；放射性核素从废物体个释放的速率； 放射性核素从处置库释放和迁移的速率；放射性核素从处置库释放和迁移的速率； 放射性核素向远场迁移的速率（放射性核素向远场迁移的速率（主要受流动主要受流动地下水以及岩土介质的地球化学阻滞作用的制地下水以及岩土介质的地球化学阻滞作用的制约）约） ； 放射性核素向生物圈迁移的速率；放射性核素向生物圈迁移的速率； 放射性核素的摄入量和对人体造成的辐射剂放射性核素的摄入量和对人体造成的辐射剂量。量。 四、安全评价的辐射防护标准四、安全评价的辐射防护标准 国际辐射防护

13、委员会国际辐射防护委员会(ICRP)第第26号号出版物建议的剂量限制体系适用于放射性出版物建议的剂量限制体系适用于放射性废物处置。该体系的要点是：废物处置。该体系的要点是： (1)实践的正当性实践的正当性-p300-p300 (2)防护最优化防护最优化 -p301-p301 (3)个人剂量限值个人剂量限值 -p301-p301 放射性废物处置是一类特殊的实践活放射性废物处置是一类特殊的实践活动，其主要特点是包含低发生概率事件，动，其主要特点是包含低发生概率事件，辐射剂量不能完全被控制，辐射影响可以辐射剂量不能完全被控制，辐射影响可以延伸到未来很长时间。在这种情况下，难延伸到未来很长时间。在这种

14、情况下，难以应用只由剂量限值构成的任何标准，因以应用只由剂量限值构成的任何标准，因为某些低发生概率事件一旦发生，将导致为某些低发生概率事件一旦发生，将导致超过剂量限值。对国际放射防护委员会建超过剂量限值。对国际放射防护委员会建议的剂量限制体系能否适用于放射性废物议的剂量限制体系能否适用于放射性废物处置，讨论结果产生了双重标准：在常规处置，讨论结果产生了双重标准：在常规释放情况（正常情景释放情况（正常情景）下继续使用剂量标下继续使用剂量标准、而在概率性事件准、而在概率性事件(非正常情景非正常情景)中采用中采用风险标准，并将二者置于同一风险水平上。风险标准，并将二者置于同一风险水平上。 五、各子系

15、统效能评价准则五、各子系统效能评价准则 n除了应用于整体的安全评价标准外，国际原子能机构还提出了应用于地质环境、处置库、废物体等各层次的效能评价准则，并对各子系统进行了编号，以一个字母和一个数字作为每条准则的标志。国家管理部门可采用某些准则作为拟定更定量化的规则的依据。 G 地质环境地质环境 G. .1 场址地址场址地址-p302-p302 G. 2 地质地质 -p303-p303G. 3 水文地质水文地质 -p303-p303G. 4 放射性核素迁移特征放射性核素迁移特征 -p303-p303G. 5 构造和地震构造和地震 -p303-p303G. 6 工程地质工程地质 -p303-p303

16、G. .7 潜在资源潜在资源 -p303-p303G. .8 地表条件地表条件 -p304-p304R 处置库处置库 R.1 R.1 对天然屏障的影响对天然屏障的影响-p304-p304R.2 R.2 安全系统的可靠性安全系统的可靠性 -p304-p304R.3 R.3 临界控制临界控制 -p304-p304R.4 R.4 回填回填 -p304-p304R.5 R.5 关闭关闭 -p304-p304R.6 R.6 监督监督 -p304-p304W 废物废物 W.1 废物体中放射性核素的含量-p305W. 2 废物体的化学组成-p305W. 3 废物体的化学稳定性-p305W.4 废物体的热稳定

17、性和辐射稳定性W. 5 废物包装体的机械力学稳定性 W.6 在事故条件下的防护 - p305W. 7 包装材料的价值 - p305六、安全评价结果六、安全评价结果 n 放射性废物处置的安全评价结果应当包放射性废物处置的安全评价结果应当包括各子系统效能评价的中间结果，以及括各子系统效能评价的中间结果，以及整个废物处置系统总体效能评价的最终整个废物处置系统总体效能评价的最终结果，其中对决策有重要意义的是将剂结果，其中对决策有重要意义的是将剂量和风险的预测值与辐射防护标准进行量和风险的预测值与辐射防护标准进行比较而得出的最终结果。比较而得出的最终结果。 第三节第三节 放射性废物处置安全放射性废物处置

18、安全评价管理程序评价管理程序 一、国际原子能机构建议的管理程序一、国际原子能机构建议的管理程序 国际原子能机构专门规定了场国际原子能机构专门规定了场(库库)址选择的管理程序，它址选择的管理程序，它包括通用程序和非通用程序两部分：通用程序分为四个阶段：包括通用程序和非通用程序两部分：通用程序分为四个阶段：计划制定和一般性研究；计划制定和一般性研究；区域调查；区域调查；场场(库库)址初选；址初选；场场(库库)址确定。在选择低、中放废物处置场址时，有时可以采址确定。在选择低、中放废物处置场址时，有时可以采用非通用程序，即不按上述顺序从第一阶段至第四阶段逐步进用非通用程序，即不按上述顺序从第一阶段至第

19、四阶段逐步进行。行。二、我国安全分析报告和环境二、我国安全分析报告和环境 影响报告审批制度影响报告审批制度 n将安全评价报告分为安全分析报告和环将安全评价报告分为安全分析报告和环境影响报告两种。安全分析报告由国家境影响报告两种。安全分析报告由国家核安全主管部门负责审批，环境影响报核安全主管部门负责审批，环境影响报告由国家环境保护主管部门负责审批。告由国家环境保护主管部门负责审批。n安全分析报告较详细地分析近场释放源安全分析报告较详细地分析近场释放源项，而环境影响报告则较详细地讨论放项，而环境影响报告则较详细地讨论放射性核素远场迁移、弥散、辐射剂量和射性核素远场迁移、弥散、辐射剂量和对人的影响。

20、对人的影响。 第四节第四节 放射性废物处置安全放射性废物处置安全评价实例评价实例 一、低、中放废物处置的安全评价实例一、低、中放废物处置的安全评价实例 1.英国实例英国实例 英国压水堆核电厂在运行期间产生的低、中放英国压水堆核电厂在运行期间产生的低、中放废物主要由废离子交换树脂、废过滤器芯子、废物主要由废离子交换树脂、废过滤器芯子、蒸发浓缩物和残渣等组成。废物经水泥固化后，蒸发浓缩物和残渣等组成。废物经水泥固化后，包装于包装于200L钢桶中，将其处置于近地表处置场钢桶中，将其处置于近地表处置场 。以此为例，我们对其进行一般性安全评价。以此为例，我们对其进行一般性安全评价。 首先采用确定论方法分

21、析水接触情景。首先采用确定论方法分析水接触情景。浸出的放射性核素在深处原状粘土中迁移。浸出的放射性核素在深处原状粘土中迁移。后在地表土壤层内迁移、一部分核素进入后在地表土壤层内迁移、一部分核素进入土壤根系带内，另一部分核素进入临近处土壤根系带内，另一部分核素进入临近处置场的溪流中。置场的溪流中。 接着采用概率论方法分析人类活动侵接着采用概率论方法分析人类活动侵扰情景。所考虑的两种情景是；为建筑目扰情景。所考虑的两种情景是；为建筑目的进行场地挖掘和为农业利用场地。用以的进行场地挖掘和为农业利用场地。用以计算出现建筑或耕作的概率的方法是：根计算出现建筑或耕作的概率的方法是：根据英国对废弃土地重新利

22、用的统计资料，据英国对废弃土地重新利用的统计资料，估计此场地最初用于农业的概率和将来某估计此场地最初用于农业的概率和将来某个时刻转而用于建筑的概率。个时刻转而用于建筑的概率。 根据分析根据分析以及一系列计算结果表明，以及一系列计算结果表明，在该处置场关闭后在该处置场关闭后225a内个人年危险率和内个人年危险率和死亡概率随时间急剧降低，造成危险的主死亡概率随时间急剧降低，造成危险的主要途径为建筑开挖工程，造成危险的关键要途径为建筑开挖工程，造成危险的关键核素为核素为137Cs。在此期间的前期最大个人。在此期间的前期最大个人年有效剂量当量保持在较高水平，因此，年有效剂量当量保持在较高水平，因此，设

23、置管理控制期以限制在该处置场地面出设置管理控制期以限制在该处置场地面出现可能的建筑开挖活动，是十分必要的。现可能的建筑开挖活动，是十分必要的。在该处置场关闭后在该处置场关闭后225800 a间，尽管间，尽管最大个人有效剂量当量处于较低水平，但最大个人有效剂量当量处于较低水平，但是个人总风险仍保持在接近是个人总风险仍保持在接近10-5的较高水的较高水平上。在此期间放射性核素向人体迁移的平上。在此期间放射性核素向人体迁移的主要途径为农作物和溪流水这一食物链环主要途径为农作物和溪流水这一食物链环节，关键核素为节，关键核素为14C。n评价结果表明所预期的风险有可能超评价结果表明所预期的风险有可能超过源

24、相关个人风险约束值、并有可能接过源相关个人风险约束值、并有可能接近个人风险限值。因此，建议对中放废近个人风险限值。因此，建议对中放废物改用中深部地质处置技术。物改用中深部地质处置技术。 n由于世界上尚未建成高放废物处置库由于世界上尚未建成高放废物处置库 ，可以可以根据尚未实施的拟定处置方案和若根据尚未实施的拟定处置方案和若干假设条件进行预先安全评价的结果干假设条件进行预先安全评价的结果, ,实实例有瑞典结晶岩中处置库等例有瑞典结晶岩中处置库等. . 2.瑞士实例瑞士实例 瑞士某低、中放废物处置库建于瑞士某低、中放废物处置库建于7507501300m1300m深的废黄铁矿井中，主岩为泥灰岩、深的废黄铁矿