核废物处理处置-课件第一章

放射性废物处理与处置东华理工大学水资源与环境工程学院高柏博士教授Q1242888748目录绪论第一章放射性废物管理内容和原则

第二章放射性废物的分类第三章放射性废物的产生和废物最小化第四章气载和液体低中放废物的处理第五章废物的减容处理——焚烧和压实第六章低中放废物固化技术第七章高放废液的固化与分离目录第八章放射性污染的去污第九章核设施的退役第十章低、中放和极低放废物的处置第十一章高放废物处置第十二章核电站废物的处理第十三章核技术利用废物和废旧放射源的管理绪论——核事故—福岛第一核电站爆炸2012年3月12日下午15时，日本福岛第一核电站1号机组内传出爆炸声并冒出白烟，造成4人受伤，并导致1号机组厂房的顶盖崩塌，外墙体出现脱落现象。据称爆炸的原因可能是氢气爆炸，而非核爆炸。政府已经下令将福岛第一核电站的周边居民疏散范围从方圆10公里扩大到方圆20公里。日专家称福岛核电站可能发生史上最严重事故处理进程福岛核电站1000吨放射性污水储罐发生泄漏事故(2014-02-20)福岛核电站一围堰7处漏水污水或渗入周围土壤(2014-02-17)福岛核电站安全壳或泄漏高浓度污水东电调查(2014-01-20)新年伊始福岛核电站地下水放射性氚上升10倍(2014-01-06)日本以发展核电为借口囤积了大量核原料

1克钚变成气溶胶可致死1万至10万人。在所有非核武器国中，日本是拥有钚最多的国家。除了保有上述武器级核材料331公斤外，日本还存储了约44吨的反应堆级钚，理论上可用来制造出数千枚核弹。中国环保部表态：“我们会吸取日本方面的一些教训，但是我国发展核电的决心和发展核电的安排是不会改变的。核电利用是好事，但不能忽视风险不只对效益负责，还要对风险负责无视风险的决策很容易，但是更危险权责不匹配，先开工后补票成常态决心只有兼顾各方利益，才能换来人心尊重民意透明管理，才能加快发展我国政策影响国务院明确“十二五”期间不安排内陆核电之后，湖北咸宁、江西彭泽、湖南桃花江3个已获批文的内陆核电项目均处闲置状态，截至目前总投资已超百亿元，单个项目每年的财务费用均在1亿元以上。陆佑楣指出，我国现在的电力结构不太合理，火电比例过大，在2012年发电量中占比达78.6%，而核电仅为1.97%，不利于节能减排。从世界范围来看，核电的规模化应用技术较为成熟，而我国沿海的核电建设正在稳步推进中，因此应尽快重启内陆核电。核潜艇—中国海军首艘核潜艇退役核废料处理独辟蹊径。401号攻击核潜艇下水典礼，1974年8月下水海军第一艘核潜艇退出现役，并完成核废料、核反应装置及相关设备的安全、彻底、稳妥处理，标志着我国核潜艇从研制生产、使用管理到退役处置形成全寿命保障能力。目前世界上流行着多种退役核潜艇处理办法，比如海上处理法、荒港停泊法、荒漠处置法等。这些简易处理法，易给环境造成污染、给世界留下安全隐患。核潜艇的“心脏”——核反应堆仓处置是退役工程的重中之重。基地科研人员会同工业部门独辟蹊径，采用多重防护技术，成功完成了强放射环境下燃料组件的卸出、封装，各种放射性部件的切割、拆除及退役环境的去污和终态处理。最新的094型核潜艇中国在海南三亚的海军基地，部署解放军最新型的核潜艇，而中国新型的核潜艇，可以搭载射程超过八千公里的巨浪-2型潜射洲际弹道导弹。海南三亚的海军基地中国密建核潜艇基地南海成核打击阵地根据外媒报道中国核潜艇从三亚和潜艇基地出发，很快就能进入核导弹发射阵地，对美国西海岸城市发动核袭击

我国辐射调查及监测工作不同人员剂量调查核燃料循环职业照射全国辐射环境监测网络的建设和运行

图1-2是不同职业人群的年集体剂量分布。从图中可以看出，核燃料循环的年集体剂量最大，占中国职业人群总数的44%；其次是医学应用职业人群，这样的结果正好将图1-1结果的排序翻转过来，这说名核燃料循环人群的年人均剂量水平比医学应用职业人群的要大很多。

核燃料循环职业照射核燃料循环系统起止年月年均监测人数年均集体有效剂量（人.Sv）年人均有效剂量（mSv）占总集体有效剂量的份额鈾矿开采1986-2000367871.119.376.1鈾水冶1986-199039405.451.385.8核燃料浓缩转化1986-200029610.640.220.7核燃料制造1991-20007021.562.231.7核电1993-199823121.580.681.7退役和放射性废物管理1986-200015916.213.96.6科学研究1986-200020894.632.225.0表2-1核燃料循环各个系统职业照射分析的主要结果不同时期类型国家年被监测人数(千)年集体有效剂量(manSv)年平均有效剂量(mSv)人员分布比(NR15)集体剂量分布比(SR15)具体时期说明鈾矿开采中国6.68126.318.61986-1990加拿大6.2831.64.800.210.671985-19892.438.693.580.040.181990-1994印度1.3515.211.31985-19890.348.11990-1994全球26011004.40.250.521985-1989693104.50.100.321990-1995鈾水冶中国3.945.451.381986-1990加拿大0.831.301.560.010.011985-19890.350.641.840.000.001990-1994印度0.583.405.861985-1989全球181166.31990-1994全球6203.31985-1989表4-3不同国家核燃料循环系统职业人员受照情况比较核燃料制造中国0.300.943.111991-19951.102.191.990.0021996-2000加拿大0.431.022.370.000.011985-19890.330.662.010.000.001990-1994全球28220.780.000.021985-198921221.030.000.111990-1994不同时期类型国家年被监测人数(千)年集体有效剂量(manSv)年平均有效剂量(mSv)人员分布比(NR15)集体剂量分布比(SR15)具体时期说明退役和核燃料再处理中国2.019.304.220.050.341986-19901.485.283.550.060.411991-19951.304.062.420.050.351996-2000法国9.2812.51.350.010.121985-198913.04.720.360.001990-1994印度1.665.533.340.050.311985-19891.665.531990-1994全球17.0362.460.051985-198945.0671.490.131990-1994全国辐射环境监测网络的建设和运行

辐射环境质量监测项目国家辐射环境监测网水体辐射监测点位（共70个监测断面）示意图国家辐射环境监测网土壤辐射监测点位（共175个采样点）布点示意图从监测结果来看，全国环境γ辐射空气吸收剂量率为环境正常水平；气溶胶总α测值范围为0.04～4.34mBq/m3，总β测值范围为0.40～25.7mBq/m3，空气中氚（HTO）测值范围为<7.3～30.3Bq/m3；全国7大水系、京杭运河、重要的国际河流和主要湖泊水库水中放射性核素浓度未见异常。饮用水中总α、总β放射性浓度小于《生活饮用水卫生标准》中规定的总α、总β放射性指标。各附近海域海水中人工放射性核素90Sr、137Cs的含量均低于我国海水水质标准；土壤中238U、232Th、226Ra、40K、90Sr、137Cs放射性核素比活度未见异常。环境中综合场强均低于《电磁辐射防护规定》中公众照射参考导出限值。全国辐射环境监测网络的建设和运行监测结果结论

核环境预警国控点监测结果——核电厂2007年，我国的浙江秦山、广东大亚湾/岭澳和江苏田湾三大核电基地外围环境γ辐射空气吸收剂量率（未扣除宇宙射线响应值）年均值分别为102nGy/h、119nGy/h、98nGy/h。在秦山核电基地外围环境关键居民组空气、降水、地表水、附近海域海水中氚（HTO）含量分别为212mBq/m3·air、9.4Bq/L、12.4Bq/L、4.1Bq/L；生物样品中青菜、松针和苔藓中氚（HTO）含量分别为4.9Bq/kg·鲜、2.36Bq/kg·鲜、17.0Bq/kg·鲜。广东大亚湾/岭澳核电站附近局部海域海水中氚浓度为3.2Bq/L，其出产的部分牡蛎样品可监测到微量的人工放射性核素110mAg含量为0.16Bq/kg·鲜。但是，各核电厂对公众造成的附加剂量低于国家规定的限值。在9个核燃料生产、加工、贮存和后处理设施预警点中除甘肃五〇四厂总排放口周围地表水和局部土壤监测点放射性核素铀含量高于环境正常水平，大亚湾/岭澳核电站将部分中低放废物转入北龙处置场时其外围环境γ辐射自动站监测到γ辐射剂量率有7.4%升高外，其他均未见异常。核环境预警国控点监测结果——其他核设施（包头核燃料元件厂、衡阳新华化工冶金总公司、中核建中核燃料元件公司、陕西铀浓缩公司、中核四○四有限公司、青海原国营221厂、甘肃兰州铀浓缩公司、西北低中放废物处置场、广东北龙低中放废物处置场）4个核矿山预警点的监测表明，辽宁北方铀业公司外围局部环境陆地γ辐射空气吸收剂量率、气溶胶和沉降物中总α活度浓度和地表水中总α、铀和226Ra含量以及底泥中238U和226Ra含量高于环境正常水平。中核浙江衢州铀业公司历年矿区排放的废水和尾渣坝渗滤水造成下游地表水轻度污染，土壤、底泥中238U的升高。中核金原铀业公司桂林分公司因矿石运输沿途撒落造成运矿公路周围部分路段受污染，该公司尾渣坝渗漏水造成下游地表水、底泥和土壤轻度污染。白云鄂博矿、包钢尾矿坝外围环境受到不同程度污染。核环境预警国控点监测结果——铀矿山和水冶系统

和伴生矿（辽宁中核集团北方铀业有限公司、中核浙江衢州铀业有限责任公司、中核金原铀业有限责任公司桂林分公司、新疆吾尔自治区核工业737厂、白云鄂博矿）放射性废物处理与处置内容提要1、放射性废物管理内容和原则（p1~10）1.1放射性废物管理内容1.2放射性废物的法制管理1.3放射性废物管理的基本原则1.4放射性废物管理的重要环节1.5放射性废物管理的辐射防护与安全放射性废物处理与处置放射性废物（radioactivewaste）定义：放射性废物是含有放射性核素或为放射性核素所污染，其放射性核素的浓度或活度大于审管机构确定的清洁解控水平，并且预期不再使用的物质。放射性废物处理与处置人类环境中放射性的来源分天然辐射源和人工辐射源。天然辐射主要来自宇宙辐射，地球和人体内的放射性物质。而对公众造成自然条件下原本不存在的辐射源称为人工辐射，主要有核试验、核能生产、放射性同位素生产和应用、核材料贮存及运输、放射性废物处理与处置等。α、β、γ射线三种射线的穿透能力放射性废物处理与处置放射性元素的衰变完全不受外界条件的影响：如温度，压力（真空）、电磁场等物理变化，或参加各种生物、化学反应，其结果都不能改变放射性元素固有的衰变规律。不能通过化学、物理或生物方法消除。只能通过自身衰变或核反应嬗变降低。放射性废物处理与处置放射性衰变指数规律：任何放射性元素的原子都不会一下子全部衰变掉，假如现在一种放射性原子有N0个，经过t时间后，尚未衰变的放射性原子的个数就剩下了N个。N和N0之间有如下的关系：N＝N0e-λt

放射性衰变指数规律

放射性废物处理与处置自身衰变：15P32→16S32十－1e0+核反应嬗变：4Be9＋2He4→6C12+0n1+Q*放射性废物处理与处置分散稀释：废气排放、废液排放浓集隔离：沉淀、过滤、吸附、蒸发、固化、埋藏放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则1.1放射性废物管理内容全过程的优化管理：产生、预处理、处理、整备、运输、贮存和处置。放射性废物管理以“安全”为目的，“处置”为核心。宗旨：废物最小化——拿出豁免的废物，可再利用的物料、能循环使用的物料。放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则1.2放射性废物的法制管理国家法律：《环境保护法》1989年12月26日《放射性污染防治法》2003年6月28日

《水污染防治法》1984年5月11日《大气污染防治法》1987年9月5日《海洋环境保护法》1982年8月23日放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则放射性废物管理的组织机构行业主管：国家国防科工局最高安全监管：环保部国家核安全局环境监测：省市县环保部门主要产生和管理部门：中核集团公司直接责任者：企业法人放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则国家法规、标准：《放射性废物安全监督管理规定》《放射环境管理办法》《放射环境管理实施细则》《建设城市放射性废物库的暂行规定》《城市放射性废物管理办法》《中低水平放射性废物库处置的环境政策》

《放射性废物管理规定》《放射性废物分类标准》放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则1.3放射性废物管理的基本原则国际原子能机构（1AEA）在放射性废物管理原则中提出了九条基本原则：（1）保护人类健康：工作人员和公众受到的照射在国家规定的允许限值之内。（2）保护环境：确保向环境的释放最少，对环境的影响达到可接受的水平。（3）超越国界的保护：保护他国人员健康和环境影响。及时交换信息和保证越境转移条件。放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则（4）保护后代：后代的健康。（5）给后代的负担：不给后代造成不适当的负担。应尽量不依赖于长期对处置场的监测和对放射性废物进行回取。（6）国家法律框架：放射性废物管理必须在适当的国家法律框架内进行，明确划分责任和规定独立的审管职能。放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则（7）控制放射性废物产生：尽可能少。（8）放射性废物产生和管理间的相依性：必须适当考虑放射性废物产生和管理的各阶段间的相互依赖关系。（9）设施的安全：必须保证放射性废物管理设施使用寿期内的安全。放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则1.4放射性废物管理的重要环节（1）安全分析和环境影响评价（2）安全文化美国三哩岛事故和苏联切尔诺贝利事故安全文化是单位和个人对安全的认识和态度的总和，安全意识淡化是滋生安全隐患的重要原因之一。（3）质量保证美国宾夕法尼亚州三哩岛核电站放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则美国三哩岛事故概况1979年3月28日，三哩岛核电厂2号压水堆二回路设备故障，造成失水，无法导出余热，2/3堆芯熔化，50％气态裂变产物从燃料中释放出来进入安全壳，绝大部分碘和铯溶解于安全壳内的水中，氪和氙则存留在安全壳内的空气中。由于人员误操作，造成一部分气态裂变产物经通风系统和烟囱排入大气，进入环境的133Xe约为(1-5)×1017Bq(占堆内总量2％-10％)，131I为6×1011Bq(占堆内总量0.00003％)。美国三哩岛事故示意图放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则美国三哩岛事故后果由于安全壳的良好屏障作用，事故后大气中131I放射性最大浓度为1.2Bq/m3，仅相当于安全标准的0.5％。附近居民受到的最大个人剂量不超过1mSv；有3名电厂职工略超过年规定限值50mSv辐射剂量，事故对公众未造成任何辐射伤害，对环境的影响微不足道。切尔诺贝利核电站主控室放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则切尔诺贝利核电站事故概况1986年4月26日，切尔诺贝利核电站4号石墨沸水堆停堆进行电机性能试验，切断安全保护系统，将堆内大部分控制棒迅速拔出，剩下8根时，反应堆功率失控，被切断的安全保护系统无法动作。瞬发超临界导致功率剧增，堆芯熔化，熔融的燃料碎粒与冷却剂剧烈化学反应引起蒸汽爆炸和氢气爆炸，石墨燃烧，主回路系统和反应堆厂房被破坏，大量放射性物质逸入大气，爆炸碎片飞落到厂房上面引起多处起火。放射性严重泄漏，大范围污染环境和人员伤亡。切尔诺贝利核电站爆炸放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则切尔诺贝利核电站事故范围事故后10天内陆续进入环境的放射性总量达12×1018Bq，其中惰性气体(6-7)×1018Bq(相当于100％堆内总量)，131I为2×1018Bq(约占堆内总量60％)，137Cs为9×1016Bq(约占堆内总量50％)，134Cs为6×1016Bq(约占堆内总量20％)。由于大气扩散，整个北半球受到气载放射性不同程度的污染，在核电厂周围沉降最多的现属于白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯的3万平方公里。切尔诺贝利核电站事故示意图放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则切尔诺贝利核电站事故后果现场消防人员和厂内职工有几十人受到可能致死剂量的照射，31人在数周内急性死亡，包括非辐射原因致死的3人。有237人得急性放射病，其中有14人在10年内死亡。400万人受到低剂量辐射。参加事故应急处理的清理人员20万人，平均每人接受辐射剂量约100mSv(少数达500mSv)；从30km半径范围内撤离的居民13.5万人，平均每人接受辐射剂量10-20mSv，远高于公众的规定限值1mSv／a。切尔诺贝利核电站事故应急现场放射性废物处理与处置

第一章放射性废物管理内容和原则切尔诺贝利核电站事故原因操作层面：操作人员玩忽职守，违反工艺规程，违规操作。如切断安全保护系统；将堆内大部分控制棒迅速拔出；关掉蒸气分离器的安全联锁系统等。技术层面：有重大的设计缺陷。如反应性正气泡系数、控制棒引入正反应等。决策层面：石墨水冷堆是在军用生产堆基础上发展起来的，安全性低