芬兰乏燃料最终地质处置研究历程及经验

对芬兰乏燃料地质处置库的选址、场址评价、地下实验室研究历程进行了介绍。芬兰在通过参与国际合作的基础上,提出了具本国特色的乏燃料地质处置技术路线,即“选址-特定场址地下实验室-处置库”方案。借鉴芬兰在乏燃料地质处置研究中积累的经验对我国高放废物处置场址的选择及其研究技术,作者提出了一些建议和具体的做法。     

关于地下实验室分类的讨论

论述了现有的地下实验室的分类,对普通地下实验室与特定场址地下实验室的主要特征进行了对比分析,论述了各国地下实验室的研究概况,对特定场址地下实验室的概念进行了讨论。鉴于在现行的地下实验室分类中,对特定场址地下实验室的定义似乎界定过宽,因为有些该类型的地下实验室,缺乏明确的历史定位,最终没有起到特定场址地下实验室应起的作用。笔者建议,只有建在经本国政府批准的最终处置库场址上的地下实验室,才可称作为特定场址地下实验室,如美国的WIPP和ESF以及芬兰的ONKALO。因为只有这类地下实验室,才能真正起到论证处置库场址适宜性和高放废物处置方案可行性的作用。     

中国高放废物地质处置21世纪进展

21世纪近20年，我国高放废物深地质处置进入了一稳步发展的新阶段，在法律法规、技术标准、战略规划、选址和场址评价、工程屏障研究、处置库和地下实验室概念设计、核素迁移和安全评价研究等方面取得了显著进展。其主要亮点包括颁布了《中华人民共和国放射性污染防治法》和《中华人民共和国核安全法》，制定了《高放废物地质处置研究开发规划指南》，颁布了《高放废物地质处置设施选址》核安全导则，确定了2020年前开工建设地下实验室、2050年建成高放废物处置库的目标，甘肃北山预选区被确定为我国高放废物地质处置库首选预选区，建立了场址评价方法技术体系，确定了内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料，建立了我国首台缓冲回填材料热 水-力-化学耦合条件下特性研究大型实验台架（China-Mock-Up），获得了一批关键放射性核素的迁移行为数据，开展了初步的安全评价，完成了地下实验室安全技术研究。确定甘肃北山的新场为我国高放废物地质处置地下实验室的场址。2019年5月6日，国家国防科工局批复中国北山高放废物地质处置地下实验室工程建设立项建议书，标志着我国高放废物地质处置正式进入地下实验室阶段。这一系列工作进展和取得的成绩为我国2020年开工建设地下实验室、掌握高放废物地质处置技术奠定了坚实的基础。     

对我国高放废物处置研发工作的几点建议

论述了高放废物处置库与一般地下工程设施的区别,以及处置库场址的选址工作与低中放废物处置场和核电站场址的选址工作异同点。强调要高度重视高放废物处置的安全性,这是由于高放废物毒性大、半衰期长、安全处置期长;由于处置库堆放的废物总比活度大,且高放废物处置在地下深处,因而,如果一旦处置库系统遭受破坏,就难以进行人工干预。笔者认为,在区域预选和地区(地段)预选阶段,查明场址区域地壳稳定性问题是其首要任务。文章就处置方案等若干问题进行了讨论。     

处置库概念设计比选评价研究初探

按照“选址—地下实验室—处置库”的“三步曲”式研发战略,我国首个高放废物地质处置地下实验室已顺利开工建设。为了满足处置库选址阶段安全评价要求,同时为地下实验室实验设计提供支撑,发展适用于地下实验室场址的处置库概念设计已成为当前亟待开展的工作。各国处置库研发过程中,普遍采用系统方法对不同概念设计进行比较,以确认或完善其设计。本研究基于对瑞典、芬兰、美国和英国等国相关研究的调研,对比了不同国家处置库概念设计比选评价方法与评价准则,分析表明：各国相关研究具有形式严谨、评价分阶段、评价准则综合性强和决策具有灵活性等共同特征,同时,在比较前提、候选方案和评价因素等方面存在差异。基于调研分析结果,提出主要建议如下：1）借鉴国外相关研究经验,从长期性能与安全、工程技术,以及成本和场址有效利用三方面,建立我国处置库概念设计评价方法与评价准则。2）基于地下实验室场址条件和我国源项特征,开展概念设计比选评价研究,提出适用于地下实验室场址的处置库概念设计。     

我国高放废物地质处置库场址筛选总体技术思路探讨

绿合对比瑞典、加拿大、芬兰和美国等国高放废物地质处置场址筛选技术思路,分析国外高放废物地质处置库场址筛选过程中取得的经验、教训,总结了我国处置库选址工作取得的成果和存在的问题.在综合研究基础上,分析提出我国高放废物地质处置库场址筛选总体技术思路,包括应遵循的原则、工作范围、目标和总体技术步骤等,以利于今后处置库选址工作更系统、规范和统一.     

论我国高放废物地质处置地下实验室发展战略

地下实验室建设项目是我国"十三五规划"的重点项目,本文提出了我国应当建设"特定场区地下实验室"的发展战略。提出了我国首座高放废物地质处置地下实验室的总体定位,即建设在特定场区(处置库重点预选区)有代表性的岩石之中、位于500m深度左右、功能较为完备且具有扩展功能的,为高放废物地质处置研究开发服务和场址评价服务的、具有国际先进水平的科研设施和平台。提出我国地下实验室应当具备以下6大基本功能:1)评价场址深部环境;2)开展1∶1工程尺度验证实验;3)开发处置库施工、建造、回填和封闭技术以及相应的设备,完善概念设计,优化工程设计方案;4)为未来的处置库安全评价、环境影响评价提供各种现场数据;5)为公众参观地下实验室、了解地质处置技术的安全性能、提高对高放废物安全处置的信心提供窗口;6)为国际合作提供地下实验巷道和学术交流场所。还介绍了我国地下实验室工程的最新进展,指出目前已经筛选出甘肃北山新场为地下实验室的场址,并提出了地下实验室的概念设计。     

中国高放废物地质处置研究进展:1985～2004

如何安全处置高放废物是核工业可持续发展面临的挑战性问题。我国的高放废物深地质处置研究从1985年开始，提出的计划目标是：于21世纪中叶建成我国高放废物地质处置库，处置的对象是玻璃固化块、超铀废物和部分乏燃料，处置库为竖井一坑道型，候选围岩为花岗岩，位于饱和带中。在1985～2004的20a中，我国高放废物地质处置研究取得了进展，已确定我国高放废物最终处置走“深地质处置”，并且是“三步曲”式的技术路线，即处置库选址和场址评价一地下实验室一处置库。经过全国筛选对比，已初步选定甘肃北山地区为重点预选区，该区地处戈壁，地壳结构完整，地壳稳定，人烟稀少，地质条件和水文地质条件均有利。20世纪90年代初期，开展了地下实验室的选址工作，初步选择了北京郊区2处地点为我国高放废物地质处置“普通地下实验室”的场址。已确定使用膨润土作为处置库的回填材料，并初步确定内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料。对膨润土的矿物学、岩土力学、物理力学性质和热学性质进行了研究。已获得一批放射性核素(主要是Np、Pu、Tc)在北山花岗岩和膨润土上的吸附分配比、扩散系数和弥散系数等参数，建立了低氧手套箱和模拟处置库温度、压力和氧化一还原条件的小型实验装置。高放废物中的关键核素的化学行为研究也取得进展。花岗岩接触带核素迁移、铀矿床中超铀元素迁移、青铜器腐蚀等天然类比研究取得了成果。还开展了高放废物地质处置系统总性能评价源项和生物圈模式的调研。概念设计研究仅在20世纪90年代初开展了部分研究。从1999年开始，与国际原子能机构开展了2期高放废物地质处置技术合作项目，极大地提高了我们的技术水平。20a的科研工作为我国在21世纪完成高放废物地质处置奠定了一定基础。     

我国高放废物地质处置研究

文章提出我国高放废物地质处置拟采用处置库选址和场址评价-特定场址地下实验室-处置库“三步曲”式技术路线。计划目标是于2030∽2040年前后建成我国的高放废物地质处置库。处置对象是玻璃固化块、超铀废物和部分乏燃料，处置库为竖井-坑道型，候选围岩为花岗岩，位于饱和带中。已初步选定甘肃北山地区为重点预选区。该区地处戈壁，地壳稳定，人烟稀少，地质条件和水文地质条件有利。现已试验获取预选区大量深部地质环境参数。确定使用膨润土作为处置库的回填材料，已获得一批放射性核素在花岗岩和膨润土中的吸附、扩散数据，建立了模拟处置库温度、压力和氧化还原条件的实验装置。高放废物地质处置场址评价、放射性核素地球化学行为、回填材料研究和环境评价研究正在深入进行，并与国际原子能机构等进行了卓有成效的合作。     

高放废物处置库甘肃北山预选区综合水文地质研究

在野外水文地质调查基础上,开展了北山地区地下水系统特征、岩体渗透性能、地下水动态、水文地球化学、地下水同位素、地下水CFC以及地下水流场模拟等综合性水文地质研究。依据大量资料的科学分析,综合论述了研究区水文地质条件、地下水循环交替特征、地下水化学特征和动力学特征,并对北山地区作为高放废物处置库场址预选区的适宜性进行了评价。通过这些工作,不仅为我国高放废物地质处置库选址建立了系统的水文地质研究和评价方法,也为在该区筛选最适宜的高放废物处置库场址提供了重要的水文地质依据。     

北山地下实验室场址多尺度地壳形变观测系统的构建

在参考国外主要硬岩地下实验室场址地壳形变观测的经验,并结合我国高放废物北山地下实验室的定位和区域构造条件的基础上,构建了我国地下实验室场址多尺度地壳形变观测系统,该系统主要由跨断层、 GNSS(Global Navigation Satellite System)和InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar)形变观测3种手段组成,其中,利用跨断层和GNSS观测,给出地下实验室场址西侧关键构造（旧井断裂）的现今近场和远场的三维形变速率,评估断裂未来的活动趋势;GNSS观测以获得地下实验室场址所在新场岩体的水平形变特征;InSAR用以分析研究区最大LOS(Line of Sight)向的时序高分辨率形变速度场。以上3种手段的结合,初步实现了对地下实验室场址所在区域近场和远场范围多维度、多尺度的形变观测,观测对象囊括了场址区的主要断裂构造和大型岩体,该系统的建立填补了我国高放废物地下实验室场址形变观测的空白,为场址的适宜性评价奠定了良好的基础。     

高放废物处置库预选区新构造运动特征

新构造活动强烈程度是高放废物处置库场址评价的一个重要指标。本文阐述新构造研究的指导思想、方法及其在高放废物处置库选址中的应用。通过东天山地区南、北地段对比研究,选出了在新近纪时期构造环境相对稳定或新构造活动强度相对微弱的东天山南部地区,作为高放废物处置库基地。研究结果表明它对场址评价是有意义的。     

高放废物地质处置北山预选区算井子花岗岩体地质特征

为评价高放废物地质处置北山预选区算井子地段的地质条件适宜性,重点对该地段内的花岗岩体开展了遥感解译、地质调查、地球物理探测和钻孔勘察等处置库场址的区域调查工作,获得算井子岩体的规模、岩性和断层等地质信息,基本掌握算井子岩体的地质特征,为地段的比选和该地段内处置库场址的圈定提供了地质资料。区域调查结果显示：算井子花岗岩体的地表出露面积约176 km²,地球物理探测的岩体推测深度约2 000 m,钻孔验证的岩体实际深度不少于600 m。该岩体的岩性以中粗粒块状花岗闪长岩为主。岩体中共识别出9条断层,按走向可分为NE向和NW向两组。由这两组断层切割而成的地表面积最大的岩块约46 km²。算井子岩体具备岩体规模较大,地质条件简单,岩性单一,岩体内部断层较少等非常适宜高放废物地质处置的地质条件。     

高放废物处置库野马泉预选场址地下水放射性同位素特征

甘肃北山野马泉地区是我国高放废物处置库预选场址之一.文章阐述高放废物处置库天然类比研究的主要内容,并阐述类比研究中涉及的地球化学问题.以野马泉岩体为例,研究地下水铀、钍含量及放射性特征、铀同位素特征.初步认为,在当地的地质、水文地质等环境条件下,铀的迁移能力有限,迁移距离较小.这一认识为预选场址评价提供了重要的信息和依据.?＃     

原型处置库

论述高放废物地质处置研究中的原型处置库的概念、建造目的和研究的主要内容,以及它在处置库系统性能评价中的作用。原型处置库的研究工作,可以在普通地下实验室中进行(如瑞典的魧sp觟地下实验室),也可以在特定场址地下实验室中进行(如美国尤卡山的ESF坑道),它是以往20多年前地下实验室研究中演示阶段的扩展和延伸,是高放废物地质处置研究中最终确认处置库场址的一个必不可少的研究步骤,同时也为处置库地下工程的详细设计提供最接近于当地建库实际的各类技术参数。     

好书推荐·《新世纪中国高放废物地质处置》

正本书收录了进入21世纪以来,主要是2000-2011年期间,我国在高放废物地质处置各领域有代表性的重要论文,包括高放废物地质处置战略和规划研究、地下实验室规划、高放废物处置库选址和场址评价、处置库工程屏障、玻璃固化体性能、缓冲回填材料性能、处置工程、放射性核素迁移行为、安全评价等领域的论文。基本反映了这一时期我国高放废物地质处置     

国际高放废物处置研发工作在花岗岩地区的进展(续)

正俄罗斯想通过对比研究这三个预选场址,选出一个生态安全的高放废物处置库。因此,目前俄罗斯在花岗岩地区还处于选址阶段,但它已对未来的处置库进行了概念设计(图7)~([10])。由图7可见,俄罗斯高放废物处置库的概念设计具有如下一些特点:1)地下实验室设计与处置库设计融为一体,前者是后者的有机组成部分,并把前者视为特定场址地下实验室,这比法国先有Bure地下实验室,后     

国际高放废物处置研发工作在花岗岩地区的进展

论述了处置库候选围岩的岩石类型、花岗岩特征,以及一些国家在花岗岩地区开展高放废物处置研发工作的进展情况。经过几十年的工作,国外有些经验值得我们今后工作时参考:1)重视志愿者选址工作。国际上不少国家认为这是地质选址工作的先导,选址工作的成败常与此项工作的进展情况有关;2)近年来,单纯处置高放废物的处置库,已逐渐发展成为多功能处置库,即,它既处置高放废物和乏燃料,同时还处置其他各类核废物;3)由瑞典SKB开发的KBS-3高放废物处置方案和处置工程的设计模式已被不少国家所接受;4)特定场址地下实验室的工程设计完全与处置库的工程设计融为一体,这样既节省工程成本,又提高处置库工程设计的可靠性;5)花岗岩具有良好的岩石力学性能,这对处置库工程结构的长期稳定性和安全处置核废物提供有效的物理保障和良好的物理隔绝性能。但在选址时要特别注意场址的区域地壳稳定性、岩体的处置容量和埋藏深度,以及处置地段的构造发育程度和岩石的含水性;6)处置后废物的回取。     

高放废物地质处置库粘土岩场址研究现状

高放废物地质处置库的围岩选择至关重要,粘土岩由于其自身的优点受到越来越多的关注。本文介绍了国际原子能机构（IAEA）、国际经济合作和发展组织（OECD/NEA）等国际组织关于高放废物选址的规范情况,在此基础上介绍了在粘土岩处置研究方面几个有代表性国家如瑞士、法国、比利时的高放废物处置库的选址情况,所选的粘土岩场址以及所选择的粘土岩的特性研究情况。希望可以为我国高放废物粘土岩场址的选择提供借鉴。     

IAEA高放废物地质处置参考生物圈建立方法及对我国的启示

高放废物地质处置的安全评价需要考虑长时间尺度下生物圈的演变和演化。本文介绍IAEA生物圈模拟与评价(BIOMASS)项目中参考生物圈的建立方法,其构建的“评价生物圈”可用于高放废物特定场址的评价。建议尽快开展我国北山高放废物处置库参考生物圈的建立。