放射性固体废物及其安全处置技术(最新)

1、放射性固体废物及其平安处置技术dy2021年11月22日.核武器.核爆炸.核电站.目录1.放射性根底知识2.放射性固体废物根底知识3.放射性固体废物平安处置技术4.国内外相关法律法规及开展情况.放射性根底知识根本概念衰变类型放射性衰变根本规律放射性活度放射性强度.放射性 所谓的放射性是指原子核自发地放射出射线的景象。这些原子核处于不稳定形状，在其发生核转变的过程中，自发地放出由粒子或光子组成的射线，并辐射出原子核里的过剩能量，同时本身转变成另一种核素或成为原来核素的较低能态，常见的射线有、射线。其所放出的粒子或光子，会对周围介质或机体产生电离作用，呵斥放射性污染或危害。有时放射性也称为电离辐射

2、。 .放射性核素放射性核素: 能自发地放射出射线的核素，称为放射性核素以前常称为放射性同位素，也叫不稳定核素。目前已发现的放射性核素近2500种。Z83分类 ：分为天然的和人工的2种，其中天然的有60多种，绝大多数为人工放射性核素。.原子构造原子核中子质子电子(电子云)+.+从母核中射出的4He原子核 粒子得到大部分衰变能238U4He + 234Th放射性母核! 放射性核素的原子核放射出粒子而变为另一种核素的原子核的过程称为衰变。射线：是由粒子即氦原子核组成的粒子流衰变.+发生缘由母核中子或质子过多质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷+中微子-反中

3、微子衰变-中微子原子轨道电子被俘获射线：是高速运动的电子流放射性核素的原子核放射出粒子而变为另一种核素的原子核的过程称为衰变。衰变可以看成是母核中有一个中子转变为质子的结果。.衰变+中微子光子处于激发态的原子核高能态向基态低能态跃迁时，其能量以光子的方式释放出来，发射出 射线，它是一种高能量的电磁波，波长较短。核素的衰变往往是与衰变、衰变一同发生的。射线：是波长很短的电磁波光子，速度与光速一样，不带电.放射性衰变根本规律 指数衰减规律 N = N0e-t N0: t = 0时放射性原子 核的数目N: 经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质 有关，

4、与外界条件无关; 数值越大衰变越快N = N0e-t.放射性活度放射性强度定义：在给定时辰，处于特定能态的一定量放射性核素在dt时间内发生自发跃迁数的期望值dN除以dt。即：一定量的放射性核素，在单位时间内发生衰变的次数。表达式： A=dN/dt物理意义：表示放射性物质的放射性的强弱单位：国际单位：贝克 Bq 非法定计量单位：居里 Ci 1Ci= 3.71010 Bq.放射性固体废物根底知识放射性固体废物根本概念放射性固体废物的分类放射性固体废物的主要特性国内外放射性废物产生现状.放射性固体废物 放射性固体废物，又称核固体废物，是指任何含有放射性核素或被其污染的固体物质，其中放射性核素的浓度或

5、活度程度超越主管部门确定的豁免值，而且这些物质在可预见的未来无可利用不包括未处置的乏燃料。 放射性废物以其具有较高放射性、放射毒性区别于其他非放射性有害物质。度量核废物放射性活度的单位为Bq贝可；1Bq=1次衰变/s。.放射性固体废物的分类IAEA分类废物级别典型特性处置方案选择免管废物对公众成员年剂量低于0.01mSv无需放射学限制低中放废物短寿命低中放废物限制长寿命核素的比活度（长寿命放射性核素的单个货包中不超过4000Bq/g,平均每个货包不超过400Bq/g）近地表处理或地质处理长寿命低中放废物长寿命放射性核素比活度高于短寿命低中放废物的限值地质处理高放废物（HLW）释热率高于2KW/

6、m3,且长寿命放射性核素比活度高于短寿命低中放废物的限值地质处理国际原子能机构固体废物分类规范短寿命低中放废物：半衰期小于30a长寿命低中放废物：半衰期大于30amSv：毫西弗，是辐射剂量的根本单位之一.放射性固体废物的分类我国 废物：被钚或其他超铀元素所沾污的各种不同的资料； 非废物，其中按其所含寿命最长的放射性核素的半衰期长短分为四种： 含有半衰期小于或等于60d的放射性核素的废物； 含有半衰期大于60d、小于或等于5a的放射性核素的废物； 含有半衰期大于5a、小于或等于30a的放射性核素的废物； 含有半衰期大于30a的放射性核素的废物；建立在IAEA根底上GB9133-1995.放射性固

7、体废物的主要特性易燃性发热性放射性放射毒性化学毒性放出有害气体易爆性主要特性部分特性某种放射性物质进入人(或动物)体内、放射性对人或动物体产生约毒害特性，称为放射毒性。放射性废物(尤其高放废物)在生成后将继续地放出大量衰变热。在铀系的，辐射过程中，三者释放的热量分别占总释热量的89、4.5和6.5。高放废物和乏燃料中含有较多的长寿命辐射体，因此可释放出较多衰变热；低、中放废物仅含少量长寿命辐射体，其发热量也远少于高放废物。.放射性废物的来源 前端 核燃料循环 后端核固体废物来源 1.放射性同位素消费和运用 非核燃料循环 2.医疗、科研、教育、工业 和农业等部门运用放射性物质 3.核设备退役.地

8、质勘 探铀矿开 采铀矿石加工铀精制铀氟化铀同位素分别金属消费原子武器制造燃料元件制造乏燃料后处置金属钚消费反响堆资料制造原子核反响堆同位素运用核电厂核动力船 核工业主要工艺体系方框表示图前端后端.国内外放射性废物产生现状 核电厂运转是当今世界核废物最重要来源之一。 2021年，全球核电行业最大的事件，毫无疑问便是日本戏剧性的分开核国家阵容。2021年3月的地震和海啸摧毁了福岛第一核电站，呵斥日本北部大面积放射性污染，其后果之一即是日本的全球排名急剧下跌。作为曾经发电总量居前列的国家，日本在2021年5月封锁了最后一座运转中的核反响堆。虽然7月初有一座反响堆重新启动，但日天性否重新恢复灾难之前的

9、核发电容量，仍将是一个疑问。美国在反响堆数量、装机容量和发电量方面处于遥遥领先的位置，法国同样也在很大程度上依赖核电，其核电的燃料份额为77.7%，居世界之一。其依次为比利时54.0%、乌克兰47.2%、匈牙利43.3%、斯洛文尼亚41.7%、瑞士40.9%等。中国拥有核电厂16座，核电装机容量11 816MW居第8位，但其燃料份额仅为1.9%。 一个年发电量为6Gw的核发电体系在运转40a间产生的核废物总量约为19.4104 m3 (不包括铀尾矿、燃料元件加工废物等)。我国估计到2020年后每年将从反响堆卸出1000t乏燃料，其中剩余的铀和钚回收后，即为待处置的高放射性废物放射性废物的治理

10、“任重而道远。.放射性固体废物平安处置技术预处置处置整备低、中放和极低放废物的处置废物处置高放废物处置处置方法处置方法其他平安运输暂时储存.预处置目的：1.减小有待进一步加工处置和处置的放射性废物的量。2.调整需求处置、整理和处置的放射性废物的性质，使其更易加工处置和处置。搜集分拣去污回取.预处置搜集 一切的放射性废物必需分类搜集。假设能够，应根据本底辐射程度，在废物产生时检测其放射性含量。否那么，应将废物放入适宜的容器中送到中心检测站进展监测。 分拣 1、把非放射性物质或成分从放射性废物中分拣出来 2、根据要求把放射性废物按规范进展恰当分类。 .预处置 去污 定义：把放射性核素从不希望其存在

11、的部位全部或部分除去。 目的：1、降低放射性程度；2、方便事故处置；3、便于退役任务；4、使再利用；5、降低储存、运输、处置的费用和负担。 方法：普通为机械-物理法、化学法、电化学法、熔炼法。利用擦、刷、磨、刮、削、刨、共振等机械作用除去外表的锈斑、污垢或外表涂层、氧化膜层。用浓的或稀的化学溶剂与污染的部件相接处，以溶解带有放射性核素的污染物、油漆涂层或氧化涂层到达去污的目的。在含有电解液的槽中，污染物做阳极，电解液做阴极，经过高密度电流100-2000A/m2 ，不断更新电解液，可除去金属外表污染物，使其外表变得光滑清洁。冶金法，依托熔融金属物进展去污。经过参与适当的助溶剂，使放射性核素重新

12、分配。.预处置 回取 由于历史缘由，、初期入库的废物体都没有进展规范的分类包装，入库方式也都是采用向地坑内自在投放的方式，经过多年的储存包装容器大部分曾经腐蚀，老化腐烂，致使放射性废物散落在坑内，这些废物如不进展处置，将对环境带来多方面的污染。 回取才干建立主要目的是对储存于废物库地坑内的各种放射性固体废物进展回取、分拣和包装处置。美国德国.处置技术 熄灭：熄灭是对可燃性废物减容的常用途置技术，将可燃性(固体、液体废物置于高温熄灭炉内熄灭，产生的惰性熔渣或灰烬(具有比原来高得多的比活度)供进一步固定等。熄灭工艺：分拣、破碎、进料、熄灭、排灰、烟气冷却、烟气净化等过程。熄灭炉的炉型繁多，其中最重

13、要的是过量空气熄灭炉和热解熄灭炉。熄灭炉普通具有以下构造系统：熄灭系统、净化系统、控制系统、通风系统。典型的熄灭炉及其废气净化系统熄灭炉：熄灭室钢体外壳，内衬绝热和耐火陶瓷资料。空气加热器助燃气体：空气和氧气助燃器助燃燃料：丙烷、天然气、柴油熄灭炉需求坚持一定负压熄灭炉设计的根本要求：完全熄灭.处置技术 熄灭： 对于低比活度的可燃废物来说，熄灭是最有效的减容方式，并且生成的灰烬易于加工成适于处置的稳定方式。 熄灭废物的放射性比活度必需控制在不会引起操作人员和公众的受照程度超越国家规定的允许程度。假设熄灭含有大量放射性同位素的可燃废物，要求完善的废气处置系统，投资和运转的本钱都比较高。. 熄灭：

14、 熄灭使废物的有机成分转化成无机产物。熄灭过程中，熄灭系统必需提供放射性核素的密封，防止气体和蒸汽逸出。 处置才干为40kg/h 的熄灭炉，按每天运转8小时计算，处置50100 放射性废物用时不到30天。据估计，一个才干为40kg/h的熄灭炉需求的总本钱能够超越1000万美圆。处置技术. 压实依托机械力作用使废物密实化，提高废物整体密度，减少废物体积。主要优点：费用低设备简单二次废物极少紧缩效果用减容比表征。 减容比紧缩前废物体积/紧缩后废物体积放射性废物紧缩处置的减容比普通为26，假设采用高压紧缩机，那么减容比可达100，甚至将金属紧缩至其近似实际密度。圆筒式紧缩机任务表示图处置技术.普通采

15、用固化技术固化的定义：在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或构成严密固体的过程。放射性蒸发残渣、泥浆和废树脂等湿固体和熄灭炉灰等干固体，都是弥散性物质，需求固化处置。通常，固化的途径是将放射性核素经过化学转变，引入到某种稳定固体物质的晶格中去，或者经过物理过程把放射性核素直接掺入到惰性基材中。固化的目的是使废物转变成适宜于最终处置的稳定的废物体。理想的废物固化体要具有阻止所含放射性核素释放的特性，其普通要求如下：低浸出率，高导热率，高的耐辐射性，高化学稳定性和耐腐蚀性，高的机械强度中、低放废物常采用水泥固化、沥青固化及塑料固化工艺进展固化，高放废物常采用玻璃或陶瓷固化工艺进展固化。整

16、备技术.整备技术项目水泥固化沥青固化塑料固化玻璃固化陶瓷固化干废物包容量(质量百分数) 5403060306010301530浸出率(gcm2d)10-110-4 10-310-6 10-310-610-410-7 10-510-8 抗压强(MPa)1030塑性20100(或塑性)脆性高耐辐照(Gy)10-810-710-710-910-9操作和维修简单中等中等复杂复杂投资 低中中高高适用性低、中放废物 低、中放废物低、中放废物高放、废物高放、废物 应用状况工业规模 工业规模工业应用工业应用研究开发几种主要固化方法的比较 .水泥固化： 水泥固化原理：指将放射性废物与水泥均匀搅拌成糊状，凝结后失

17、去流动性，逐渐硬化成固体，进展储存或处置。水泥是一种无机胶结剂不适宜水泥固化的废物：放射性程度高，含易挥发核素 ，金属腐蚀或辐射分解产生气体等优缺陷：抗压强度高，自屏蔽才干强，耐辐射和耐热性能好，工艺设备简单，投资少。增容1.52倍，放射性核素的浸出率较高。水泥：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，高铝水泥等，可根据废物的种类、性质进展选择。 添加剂：沸石Cs、硅灰Sr、粉煤灰流动性等.水泥固化样品水泥固化实验现场.沥青固化： 沥青固化原理：以熔融沥青或乳化沥青为固化剂，与放射性废物在一定的温度、配料比、碱度和搅拌作用下均匀混合，同时蒸发除去水分，使废物均匀地包容在沥青中，最后

18、装桶、冷却获得稳定的固化体。废物包容量为40%60%质量分数。软化点：60沥青软化，发生分别和沉降 含硝酸盐加速沥青氧化，重金属会对沥青氧化起催化作用。沥青固化工艺:锅式法：批式消费;薄膜蒸发器法：延续消费工艺;螺杆挤压法;转鼓固化法沥青固化的优点：资料容易获得，对废液顺应性强，盐份包容率较高，减容比0.8，固化产品浸出率低；技术成熟，自控程度高。沥青固化的缺陷：工艺稳定性过分依赖于沥青资料，工艺平安性差要严厉控制操作温度不大于180，固化物起始放热温度230；固化产品有软化、老化、辐射分解、生物降解和遇水易溶胀等问题。本钱较高10000元m3. 塑料固化：又称聚合物固化，有热塑性塑料固化和热

19、固性塑料固化两种。前者经过高温形状后冷凝能恢复原来形状而后者不能。 塑料固化原理：以塑料为固化剂，与放射性废物按一定比例配料，参与适量引发剂、催化剂、硬化剂和促进剂进展搅拌混合，使其发生聚合反响，将废物包容构成具有一定强度的稳定性固化体。塑料固化工艺： 聚酯固化：在室温下固化废树脂，已建成核电站车载式流动固化安装 环氧树脂固化：本钱较高 聚苯乙烯固化：可包容高达70%TBP废溶剂或65%的废树脂 聚乙烯固化：日本50%废树脂，美国橡树岭，20%50%TBP废溶剂 聚氯乙烯固化：德国卡尔斯鲁厄，40%50%TBP废溶剂 脲醛固化塑料固化的优缺陷：优点是处置过程在室温下进展，放射性废液直接掺和入聚

20、合物而无需蒸发；对硝酸盐、硫酸盐等可溶性盐，有很高的掺和效率；最终固化体密度小、体积小、不可燃、浸出率低。缺陷是某些有机聚合物能被生物降解，固化物老化破碎后，污染物能够会污染环境；固化资料价钱昂贵等。 .废物的处置.至今，多数国家将废物暂时储存在废物库中，由于废物积量日益增多，储存方法曾经不顺应要求，而且从平安角度思索也要求人们去处置这些废物。许多核工业国家都在研讨处置废物的方法，其中湿熄灭法被普遍以为是一种处置废物的优良方法。 湿熄灭法： 是指利用热浓硫酸和硝酸250浸煮可燃性固体物质，把大部分有机物变为气体产物，把大部分无机物变为硫酸盐和氧化物。然后将产生的高放射性残渣进展萃取回收，剩余物

21、质最后再固化或者直接烧结。废物的处置.处置(disposal)把废物安放进经过同意的设备中，采用工程屏蔽和天然屏蔽相结合的多重屏蔽体系为被处置的废物提供平安隔离，确保：1包容的短寿命核素衰减到无害程度；2包容的长寿命核素和其他有毒物质的释放量极低，进入环境的浓度处于可接受程度。处置.低、中放固体废物的处置方案 1陆地浅埋土壤等松散堆积物 广泛运用2废矿井处置盐、铁、铀矿等 广泛运用3深岩洞处置岩盐、岩石等 较少用4海岛处置土壤、岩石 国际上制止5滨海底处置处置介质为岩石 瑞典 芬兰6水力压裂处置页岩等 美国停顿 中国7海洋投弃海水 沿海国家采用，现制止低、中放和极低放废物的处置.选址：在地表上

22、或地表下或洞穴内平安隔离期：300500a处置单元：全地下、半地下、全地上构筑方式1简单土沟、土坑埋藏：适用于极低放废物2地下混凝土工程：长度从几米到几百米，宽度和深度从几米到几十米，顶板厚0.51米，侧壁厚0.40.5米，底板厚0.40.8米，内隔墙0.30.4米，底部设排水孔和集中导水系统。3混凝土井穴：直径数米，深几米到二三十米；印度、加拿大半地下式又称坟丘式：法国芒什全地上式：法国奥布、广东北龙洞穴式：天然或人工发掘洞穴，德国地下岩洞式：瑞典、芬兰海下岩洞处置场低、中放和极低放废物的处置.广东北龙低中放废物处置场目前为止，我国有两个低中放射性废物的处置场已建成。一个在我国大亚湾东北方四

23、公里的北龙，另外一个在甘肃。根据核电中长期规划，未来10年内2021年报道，在西北、华南、华东、华北、东北五个地域，方案在每个区域建立一个中低放废物处置基地。. 水力压裂法水力压裂地下水泥固化机理：选择地下200400米适宜场址，运用石油工业成熟的压裂技术和设备，把低中放废液和水泥及添加剂制成的灰浆注入地下封锁的透水性很低的页岩层中，待其凝固后与页岩构成一个整体，使放射性废物与人类环境平安隔离。美国在60年代开发，1965年至1985年在田纳西州橡树岭国家实验室压裂42次，处置中放废液18900m3150万居里，后因事故停顿。国内1981年开场地勘任务，1985年注浆实验胜利；1988年经过可

24、行性报告，1992年经过环评报告；1993年立项建立，1996年建成后开场热试运转，至2001年共压裂9次，共注射废液近3000m3。美国田纳西州橡树岭国家实验室特点：1地质要求： 2工艺复杂： 3操作难度大： 4风险大： 5上级关注. 水力压裂法水力压裂工艺建井：钻孔下钢套管固井，建成注射井。切口：聚能爆破或水力旋转喷砂切割切开套管、管外固井水泥环及围岩，构成宽约30mm，深200250mm的环形切口。致裂：用高压清水100300kg/cm2致裂，将切口扩张构成裂痕。注浆：将预先配好的固料和废液延续经过混合喷嘴，以80160kg/cm2高压注入井中。每次注浆812h，注入350500m3中放

25、废液灰浆。注浆间隔不少于3个月。清洗：注完废液后，再注入清水灰浆约5min，清水洗涤1015min。运转中和关井候凝：清洗终了，关井等候凝固。堵口：一个切品注浆34次后，座封桥塞堵死切口，在上方37m处再开新口。 .高低放废物的处置高放废物固化体处置方案1深岩洞处置岩盐、花岗岩 各国拟采用2废矿井处置盐矿等 德国采用3深钻孔处置岩盐、花岗岩等 实验开发4深海床置粘土 实验开发5核嬗变处置 实验开发6冰层处置 想象7太空处置 想象.高低放废物的处置我国高放废物平安处置任务国防高放废液玻璃固化；2020年近1000t/a乏燃料。高放废物地质处置研讨开场于1985年，主要成果：甘肃北山场址选址核素迁

26、移科研缓冲/回填资料研讨2006年，国防科工委、科技部、环保总局发布，规划2020年前后建成地下实验室，21世纪中叶建成高放废物地质处置库。.国际放射性固体废物处置及管理现状美国组织机构：NRC (美国)核控制委员会、EPA、DOE美国能源部法令和条例：国家环境政策法1969、原子能法1954、低放废物政策法1980、核废物政策法铀尾矿辐射控制法1983、放射性废物管理条例、放射性废物陆地处置的审批要求等等英国组织机构： HSE民用核设备的监管、流出物排放和废物处置在英格兰和威尔士由环境署(EA)在苏格兰由环境维护署(SEPA)法令和条例：1995原子能管理法、1989污染控制修正法、1990

27、环境维护法、1991放射性物质道路运输法、1970辐射防护法、1999电离辐射条例.国内放射性固体废物处置及管理现状 法律法规中华人民共和国固体废物污染环境防治法中华人民共和国放射性污染防治法 2021.3.1执行GB废弃产品分类与代码GB/T 27610-2021医用放射性废物的卫生防护管理GBZ 133-2021核电厂低、中程度放射性固体废物暂时储存技术规定GB 14589-1993危险废物鉴别规范 通那么GB 5085.7-2007低、中程度放射性固体废物包装平安规范GB 12711-1991低中程度放射性固体废物的岩洞处置规定GB 00-1992低、中程度放射性固体废物暂时储存规定GB 11928-1989放射性废物近地表处置的废物接纳准那么GB 16933-1997轻水堆核电厂放射性固体废物处置系统技术规定GB 9134-1988低中程度放射性固体废物的浅地层处置规定GB 9132-1988.国内放射性固体废物处置及管理现状行业规范EJ/T核工业规范核设备环境维护管理导那么.放射性固体废物浅地层处置环境影响报告书的格式与内容HJ/T 5.2-1993低、中程度放射性固体废物包装容器.钢桶EJ 1042