高放废物地质处置库安全特性研究

高水平放射性废物(简称高放废物)是一种放射性强、毒性大、含有长半衰期核素且发热的特殊废物,对其进行最终处置难度极大,面临一系列的科学、技术、工程及社会学的挑战。高放废物安全处置的核心是,要确保在数万年甚至更长时间内,将高放废物与生物圈进行有效隔离。我国核武器研制和生产过程中,已经积累了一批亟待地质处置的高放废物,急需开展技术研发,并建设处置库对其进行最终地质处置。另外,我国核电站乏燃料后处理产生的高放废物以及某些不宜后处理的乏燃料,也需进行最终地质处置。本文针对高放废物安全处置的要求,对高放废物处置库的工程屏障(玻璃固化体、废物罐、缓冲材料等)和天然屏障(处置库围岩)的安全特性进行了研究,介绍了我国高放废物地质处置库选址、工程屏障和安全评价的进展。     

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。     

高放废物地质处置中的工程材料

凡人类从事于与核材料有关的许多生产、生活活动均可能产生不同活度的放射性废物.高放废物由于具有放射性水平高、发热量大、核素寿命长等特点,其安全处置倍受全球科学家和广大公众所重视.目前深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的方法.借鉴已有研究成果,我国采用多重工程屏障系统(包括废物固化体、废物罐及其外包装和缓冲/回填材料)和适宜的地质围岩地质体共同作用来确保高放废物与生物圈的安全隔离.参照国际上该领域的研究成果,结合我国处置概念,本文就高放废物地质处置中的工程材料(废物固化体、废物罐、外包装、缓冲材料、回填材料),以及其材料选择、设计要求和研究重点等进行了总结.     

MapGIS在东天山高放废物地质处置库选址中的应用

根据高放废物选址的要求,利用MapGIS对东天山地区不同时代岩体的空间位置、分布形态、出露面积,以及岩体与断裂构造、地震和矿床点等的空间关系进行了研究,对海量资料信息进行分析处理,可起到事倍功半的效果.利用MapGIS分析结果,初步筛选出阿奇山1号岩体、雅满苏北岩体作为高放废物地质处置库选址的有利岩体.     

我国高放废物地质处置战略研究

随着我国核能事业的飞速发展,高放废物的处理和处置,将成为一个重大的安全和环保问题。这体现在最终如何安全处置核电厂乏燃料后处理产生的高放废物、核武器研制和生产过程中已产生的高放废物,以及我国存在的某些可能不宜后处理的乏燃料。     

高放废物地质处置性能评价

为建立我国高放废物地质处置性能评价方法而系统地介绍了性能评价的研究目的、研究内容、研究方法、国内外研究现状；以此为基础，提出了关于开展我国性能评价的若干建议。性能评价方法的建立将有利于我国高放废物地质处置事业的协调发展。     

高放废物地质处置安全评价准则研究

本文从安全评价的原则和目标出发,研究分析了地质处置安全评价工作开展的步骤和方法,提出了安全评价准则指南建议。     

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。     

高放废物地质处置黏土岩处置库围岩研究现状

世界上很多国家都对处置库的可能围岩进行了详细研究。通过对比,认为花岗岩、黏土岩、岩盐比较适合作为处置库围岩,而黏土岩由于具有自封闭性、渗透率低等其他岩石类型不可比拟的优点,因而将黏土岩作为高放废物地质处置库围岩越来越受到各国的关注。文章同时介绍了瑞士、法国、比利时等国家在黏土岩中所进行的大量研究,均认为在黏土岩中处置高放废物和乏燃料是安全的。文章还对黏土岩处置库概念设计、黏土岩处置库围岩地下实验室研究,以及我国开展黏土岩处置库研究的意义等进行了综述。     

高放废物地质处置各屏障系统安全要求研究

研究分析了处置库各屏障系统应具备的总体安全要求。针对屏障性能演化、地下水流和核素迁移等方面分析了工程屏障系统、天然屏障系统应满足的安全要求。     

高放固体废物地质处置安全目标值探讨

安全目标值是高放固体废物地质处置安全评价和审管的基准。通过总结国际上高放固体废物地质处置安全目标值的开发现状,从科学、技术和理念三个层面分析不同国家安全目标值的确定方法,深入探讨安全目标值存在的差异及其深层原因,在此基础上针对我国高放固体废物处置安全标准的研发现状和存在的问题,从安全目标值的选择、适用时间、对无意闯入者的防护等方面提出我国高放固体废物处置安全目标值开发的建议。     

国外几例高放废物地质处置设施选址探讨

根据《高放废物地质处置中长期研发规划指南》所提出的“三步走” 战略, 我国高放废物地质处置项目正处在试验与选址阶段。本文通过总结国外高放废物地质处置项目的建设过程, 总结正反两方面的经验, 认为我国高放废物地质处置项目应采用分阶段决策的选址方案, 健全法律法规, 明确政府、监管方、实施者及公众的角色, 各方保持持续沟通和对话。     

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。     

放射性废物中等深度处置

放射性废物中等深度处置是介于近地表处置和地质处置的一种处置方式。本文介绍了国际上放射性废物中等深度处置的发展概况及我国可能适于中等深度处置的废物源项,提出我国实施放射性废物中等深度处置需考虑的问题及今后开展相关工作的建议。     

放射性废石墨的处理处置现状

石墨反应堆退役产生大量放射性废石墨,需要处理后处置。废石墨处理技术主要有焚烧、蒸汽热解、水泥固化、自蔓延固化等,只有焚烧和蒸汽重整热解技术可以实现大幅减容。尽管废石墨的处置存在多种观点,但由于废石墨含有大量长寿命核素,只有深地质处置才能确保安全,然而废石墨数量庞大,处置前的大幅减容是必须的。     

Parametric Survey for Benefit of Partitioning and Transmutation Technology in Terms of High-level Radioactive Waste Disposal

Benefit of implementing Partitioning and Transmutation (P&T) technology was parametrically surveyed in terms of high-level radioactive waste (HLW) disposal by discussing possible reduction of the geological repository area. First, the amount and characteristics of HLWs caused from UO₂ and MOX spent fuels of light-water reactors (LWR) were evaluated for various reprocessing schemes and cooling periods. The emplacement area in the repository site required for the disposal of these HLWs was then estimated with considering the temperature constrain in the repository. The results showed that, by recycling minor actinides (MA), the emplacement area could be reduced by 17–29% in the case of UO₂-LWR and by 63–85% in the case of MOX-LWR in comparison with the conventional PUREX reprocessing. This significant impact in MOX fuel was caused by the recycle of 241Am which was a long-term heat source. Further 70–80% reduction of the emplacement area in comparison with the MA-recovery case could be expected by partitioning the fission products (FP) into several groups for both fuel types. To achieve this benefit of P&T, however, it is necessary to confirm the engineering feasibility of these unconventional disposal concepts.     

高放玻璃多重屏障介质多因素耦合处置方法研究

地下水透过多重屏障介质与高放玻璃固化体直接接触后,放射性核素会从固化体中释放,因此成为高放废物处置库安全评价的源项。为更精确地预测玻璃固化体长期处置行为,本文考察了围岩、回填材料等因素对模拟高放玻璃固化体中各关键元素浸出的影响,实验处置温度为90 ℃,模拟高放玻璃固化体依据德国配方制备。结果表明,围岩对玻璃体中不同元素的阻滞作用有所差异。B、Re和U的浸出浓度在二长花岗岩中最大;膨润土含水量高时,玻璃体中元素释出量大;而含水量低时,释出量小;在膨润土中添加5%的素玻璃粉,对玻璃的腐蚀有抑制作用。