核废料处理技术概述

核废料分类概述及处理技术展望陈娟娟（西安交通大学、710049）［摘要］介绍了我国核电站常规核废料的分类及收集处理基本原则思路，指出了研究开发核电站核废料处理的方向及未来核废料处理新技术的发展趋势。［关键词］核电站;核废料;新技术原子核的裂变的发现已有六十多年的历史。在发现核裂变的早期就认识到核裂变会产生巨大的能量，并提出铀分裂现象的核心问题是实际利用这个现象所释放的巨大能量的可行性问题。铀原子核俘获中子引起铀核的分裂，并随之发射中子，后者又能被其它铀核俘获，且又引起分裂。因此。在某些条件下可能产生铀分裂的分支状核链式反应，同时释放巨大的能量量【1】。目前我国正处在大力发展核电的时期，而核电站废料及废水的处理不仅关系到其周围环境的存亡，一旦处理不当也极有可能引起群众大规模的恐慌和抵制。这对于我国目前能源电力发展都将产生极大的影响。因此国家对于核废料的处理必将日益重视并加大研究和投入。1核废料的分类及特征概述1.1核废料及其分类核废料（nuclearwastematerial），泛指在核燃料生产、加工和核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料。也专指核反应堆用过的乏燃料，经后处理回收钚239等可利用的核材料后，余下的不再需要的并具有放射性的废料。【2】核废料按物理状态可以分为固体、液体和气体3种；按比活度又可分为高水平（高放）、中水平（中放）和低水平（低放）3种。高放废料是指从核电站反应堆芯中换下来的燃烧后的核燃料。中放和低放主要指核电站在发电过程中产生的具有放射性的废液、废物，占到了所有核废料的99%。1.2核废料的特征放射性。核废料的放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰变而减少。而核废料的半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年射线危害。核废料放出的射线通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。如果人被辐射，可能会引起癌变或其他疾病。热能释放。核废料中放射性核素通过衰变放出能量，当放射性核素含量较高时，释放的热能会导致核废料的温度不断上升，甚至使溶液自行沸腾，固体自行熔融。1.3核废料的管理原则尽量减少不必要的废料产生并开展回收利用。对已产生的核废料分类收集，分别贮存和处理。尽量减少容积以节约运输、贮存和处理的费用。向环境稀释排放时，必须严格遵守有关法规。以稳定的固化体形式贮存，以减少放射性核素迁移扩散。2核废料的处理概述2.1我国核废料现状自从1991年中国第一座核电站一一浙江海盐秦山核电站并网发电以来，中国核电事业在十几年间获得了飞速发展。到2008年底，我国已建了浙江秦山，广东大亚湾和江苏田湾三个核电基地.拥有11台运行核电机组，907.8万千瓦的装机容量【3】。根据核工业部门的最新资料，中国目前共有浙江秦山、广东大亚湾、岭澳、江苏田湾四座核电站在运行，其中秦山核电站共有5个机组，大亚湾、岭澳、田湾各有两个机组，共11个机组。2008年中国核电总装机容量约900万千瓦。预计到2020年，中国核电总装机容量将超过5000万千瓦。随着我国核电站数量的增加，中国东部经济发达地区能源短缺的巨大压力得到了有效缓解，但这些核电站在发电的同时也产生了大量的核废料。目前我国核电站每年产生150吨具有高度放射性的核废料，预计到2010年这些核废料的积存量将达到1000吨。由于高度放射性核废料对环境与人体都有极大的危害性，核废料处理问题也日益显现，这也是全世界关注的难题。2.2核废料处理原则和基本思路如前所述，核废料是核物质在核反应堆（原子炉）内燃烧后余留下来的核灰烬，具有极强烈的放射性，而且其半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年。也就是说，在几十万年后，这些核废料还能伤害人类和环境。所以如何安全、永久地处理核废料是科学家们一个重大的课题。安全、永久地处理核废料有两个必需条件：首先要安全、永久地将核废料封闭在一个容器里，并保证数万年内不泄露出放射性。其次，要寻找一处安全、永久存放核废料的地点。这个地点要求物理环境特别稳定，长久地不受水和空气的侵蚀，并能经受住地震、火山、爆炸的冲击。目前，核废料的处理，国际上通常采用海洋和陆地两种方法处理核废料。一般是先经过冷却、干式储存，然后再将装有核废料的金属罐投入选定海域4000米以下的海底，或深埋于建在地下厚厚岩石层里的核废料处理库中。美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚等一些国家因幅员辽阔，荒原广袤，一般采用陆地深埋法。为了保证核废料得到安全处理，各国在投放时要接受国际监督。2.3我国核废料处理情况中国是从1986开始研究探索核废物地质处置的。2003年中国公布了《放射性污染防治法》，规定高放废物要集中处置，2006年科技部，国防科工委、和环保部共同制定了《高放废物地质处置研究开发规划指南》；制定了一个三阶段的策略。从现在至2020年选择处置库的场址，建成地下实验室；从2020年至2040年依托地下实验室，开展现场实验；2040年开始建造处置库，至02050年建成处置库。届时可以接收核废物，开始正式运行。中国核废料处理面临着社会和科技方面的挑战。目前国家有很大的投入到如何建设核电站方面，而不是如何管理核废物。高水平的放射性废物的法规和技术标准都没有制定。对于地质处置的实施单位也还在讨论当中。3核废料处理新技术展望根据国内外有关核废料处理的研究方向，现对未来核废料处理新技术研究领域加以概述。3.1深度钻孔将核废料埋入地下正成为最受推崇的处理方式之一，深度钻孔这一解决方案仍处在计划阶段。深度钻孔有其优势一面，可以在距离核反应堆很近的地区进行钻孔，缩短高放射性核废料在处理前的运输距离。然而，与将核废料送入太空面临的困难一样，钚回收也是一项挑战一一将核废料埋入地下3英里（约合4.8公里）是一回事，安全回收则完全是另一回事。3.2送入太空宇宙本身就会产生放射性物质，同时也可以充当地球核废料的一个储存仓库。如果穿越太阳系，或者坠入太阳之中，核废料便很难对地球上的生物带来很大威胁。但即使太空发射的安全性达到标准，在将来的某一天，我们也许需要重新找回这些物质。钚、艳、锶等本身就是有限资源，如果裂变反应堆技术先进到一定程度，它们会成为燃料。因此研究人员表示，我们似乎需要将核废料留在“身边”以便在需要的时候使用，这才是一种合理做法3.3冰冻处理核废料温度很高。将核废料球放入较为稳定的冰原，它们会随着周围冰的融化向下移动，之上的融冰则又再次凝固。这一想法遭到拒绝的原因很多，其中一个原因便是冰原会发生移动，导致放射性物质会像冰山一样在海洋中漂浮3.4使用液压笼如果在核废料周围建造一个类似三维壕沟的水笼，地下水便被赋予一条替代路径，不会渗入放射性物质。未来的核废料处理装置应该可以做到防泄漏，而液压笼的作用则是防止地下水污染这一最严重的情况发生。3.5埋入俯冲带将核废料埋入俯冲带可以让用过的核燃料棒沿着地球构造板块的“传送带”移动并最终进入地幔。与海床下储存一样，埋入俯冲带这种处理方式也违背国际条约。同时，来自俯冲带海床的岩浆会随着火山涌出，这也是一个不得不考虑的因素。3.6封入合成岩当前最为现实的做法一一将反射性核废料埋入地下一一向人们提出了一系列问题，其中包括如何防止核废料污染周围的岩石和水。一种具有可能性的处理方式是将放射性核废料封入合成岩中。合成岩于上世纪70年代研制成功，可用于储存高放射性核废料。在设计上，合成岩可以吸收清水反应堆和钚核裂变产生的特定废物。它们是一种陶瓷制品，能够将核废料封入晶格内，用以模拟在地质构造上较为稳定的矿石。3.7海床下储存在海洋的大部分区域，海床都由厚重的粘土构成，最适合吸收放射性衰变产物。4结语当前，我国核电工业正处于高速发展时期，因此有关核废料的处理