2022-03-17 11:30:48

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核废料泛指在核燃料生产、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-238 等不再需要的并具有放射性的废料

基本信息

  • 中文名称

    核废料

  • 英译

    nuclear waste material

  • 物理状态

    固体液体气体

  • 类型

    高水平(高放)、中水平(中放)和低水平(低放)

  • 特征

    热能释放、放射性等

  • 处理方法

    冰冻处理、封入合成岩等

折叠 编辑本段 概述

折叠 类型

核废料按物理状态可分为固体、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。

折叠 特征

核废料的特征是:

①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。

②射线危害: 核废料放出的射线通过物质时,发生电离激发作用,对生物体会引起辐射损伤。

③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。

折叠 管理原则

核废料的管理原则是:①尽量减少不必要的废料产生并开展回收利用。②对已产生的核废料分类收集,分别贮存和处理。③尽量减少容积以节约运输、贮存和处理的费用。④向环境稀释排放时,必须严格遵守有关法规。⑤以稳定的固化体形式贮存,以减少放射性核素迁移扩散。

国际原子能机构(IAEA)对于核废料的处理和处置有严格的规定,要求各国遵照执行。核废料处理的基本方法是稀释分散、浓缩贮存以及回收利用。核废料处置包括控制处置(稀释处置)和最终处置。核废料的控制处置是指液体和气体核废料在向环境中稀释排放时,必须控制在法规排放标准以下。核废料的最终处置是指不再需要人工管理,不考虑再回取的可能。因此,为防止核废料对环境和人类造成危害,必须将其与生物圈有效地隔离。最终处置的主要对象是高放核废料。

折叠 编辑本段 处理介绍

折叠 处理条件

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。

科学家们说,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。科学家们为达到这个目的,曾经设想将核废料封在陶瓷容器里面,或者封在厚厚的玻璃容器里面。但科学实验证明,这些容器存入核废料在100年以内效果还是很理想。但100年以后,容器就经受不住放射线的猛烈轰击而发生爆裂,到那时,放射线就会散发到周围环境中,后果不堪设想。英国皇家科学院发现一种新型水晶可以经受得住放射线的强烈攻击,用它来生产贮藏核废料的容器,能够更大程度上保证安全。然而,要寻找到一种能够在几万年内,都忍受得住放射线辐射的物质,仍然是科学家们努力的方向。

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。科学家们实验证明,在花岗岩层、岩盐层以及粘土层可以有效地保证核废料容器数百年内不遭破坏。但数百年后,这些存放地点会不会发生破坏是无法预料的。科学家们建议,最好的方法是先在这样一个稳定地点挖一个数百米深的坑道存放核废料,待将来科学发达了,再寻找更好的办法处理这些"人类杀手"。

折叠 处理方法

自从1945年人类进入核时代以来,小小的原子核如同一个不断释放出宝物的魔瓶,人类拥有了提供巨大能量的核电站、可以许多次环绕地球不停的核轮船、可以杀灭肿瘤的核仪器、可以探测太空的核飞船……但是,核废料的产生及对人类的长久威胁也恰恰说明,任何事物都有两面性。人类在享受大自然恩赐的同时,也要承担保护大自然的责任,否则将受到严厉的惩罚,但愿人类能够关爱好自己的这个家园。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。

通常所说的核废料包括中低放射性核废料和高放射性核废料两类,前者主要指 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%, 后者则是指从核电站反应堆芯中换出来的燃烧后的核燃料,因为其具有高度放射性 ,俗称为高放废料。

中低放射性核废料危害较低,国际上通行的做法是在地面开挖深约10-20米的壕沟,然后建好各种防辐射工程屏障,将密封好的核废料罐放入其中并掩埋,一段 时间后,这些废料中的放射性物质就会衰变成对人体无害的物质。这种方法经过几 十年的发展,技术已经十分成熟,安全性也有保障。目前我国已经建成两个中低放 射性核废料处置场,其中北龙中低放处置场位于广东省大亚湾附近,另外一个则建 在甘肃省某地。高放废料则含有多种对人体危害极大的高放射性元素。这些高放射性元素的半衰期长达数万年到十万年不等,如果不能妥善处置将会给当地环境带来毁灭性影响。上个世纪的冷战期间,原苏联出于成本等因素考虑,将核武器工厂产生的高放废料直接排入了附近的河流湖泊当中,造成了严重生态灾难。位于著名的原子能城车里雅宾斯克旁边的卡拉恰伊湖曾经是野生动物的乐园,如今却因受到核废料污染变成了一潭死水,据俄罗斯环保专家称,该湖的生态环境在未来十几万年内都无法得到恢复。

折叠 处置方法

世界难题 过去几十年,如何处理核废料一直是核工业面临的一个悬而未解的难题。例如美国就已经在该问题上进行了长达20年的研究,并耗费了上百亿美元的支出。美国在1987年首次提出了在内华达州山脉中的深层地址结构中存放核废料的计划,但时至今日,该计划的实施仍然没有任何的进展。对于有"万年恶灵"之称的高放射性核废料,学界认为最为妥当的处置方法是地质深埋,但因其建造要求特殊、技术复杂,截至目前,在国际上并无一座成型的永久性放废库。

处理方法1.送入太空 如果在太阳系游荡或向太阳坠落,核废料便很难对地球上的环境造成破坏。然而,如何将核废料送入太空还是一个难题。因为,使用火箭承载这种方式有时会遭遇发射的失败事故。

2.深度钻孔 深度钻孔需要将作废的核燃料棒包裹在密封的钢结构中,而后埋入地下数英里深的地方。其优势是可以在核反应堆就近地区进行钻孔,缩短高放核废料在处理前的运输距离。

3.海床下储存 海洋中大部分区域--海床都是由厚重的粘土构成,最适合吸收放射性衰变产物。然而,海床下储存需要在水下钻孔,有"墨西哥湾"漏油事故这一前车之鉴,貌似这种解决方案还要经受长时间的考验才能付诸实施。此外,在海洋内处理核废料的做法需要先修改国际协议。

4.埋入潜没区 将核废料埋入潜没区(潜没是指一个地板块受力下降到另一板块之下的过程)可以让作废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层。然而,埋入潜没区这种处理方式也违背了一些国际条约。

5.冰冻处理 核废料的温度一般很高,将其装入钨球中投放到较为稳定的冰原上,钨球会随着周围冰的融化向下移动,上方的融冰则又再次凝固。不过,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。

6.封入合成岩 将核废料埋入地下需要考虑如何防止核废料污染周围的土壤和水。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。

7.使用液压笼 一旦渗入地下水,地下核废料储存设施将变得尤为危险。如果在核废料周围建造一个类似三维深沟的水笼,地下水便不会渗入放射性物质。未来的核废料处理装置应该做到防泄漏,而液压笼的作用则是防止地下水污染的情况发生。在过去30余年的运行中,中国核工业系统积存了几万立方米的中、低放固体废物,以及目前每年会产生约150吨高放废料。另外,专家推测,中国核废料存储空间上的压力会在2030年前后出现,那时,仅核电站产生的高放射核废料,每年就将高达3200吨。

为了寻找安全处理高放废料的方法,人类从上个世纪50年代起就开始了相关研究。有人曾提出用火箭把高放废料送到宇宙空间。可是这种方法费用极高,而且火箭发射还有失败的风险,所以这种方法仅停留在设想阶段。之后,有人又提出了冰盖处置的设想。就是把高放废物放置在南极或北极的冰盖上,由高放废料本身产生热量融化冰层,使废料桶最后沉到冰层底部,从而被永久隔离。但是由于冰盖路途遥远,冰盖的地质演化具有不确定性,这种方法也只能是纸上谈兵。除此之外,还有科学家提出将核废料抛入深海沟等方法,但这些方法不是费用太高,就是在技术上无法实现,最重要的是它们都无法确保绝对安全,而这恰恰是高放废料处理的基本要求。经过多年的试验与研究,目前世界上公认的最安全可行的方法就是深地质处置方法,即将高放废料保存在地下深处的特殊仓库中永久保存。

折叠 编辑本段 中国处理

折叠 建处置库

自从上个世纪90年代中国的第一座核电站---秦山核电站投产发电以来,中国核电事业在十几年间获得了飞速发展。根据来自核工业部门的最新资料,截止至2013年9月30日,我国投入商业运行的核电机组数量已达17台,核电总装机容量14833.79MWe。2013年,我国核电占总发电量1.97%。

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,中国百姓对于核电安全性的关注也日益增强。为了全面了解中国高放射性核废料处理的详细情况 ,记者来到了核工业北京地质研究院环保中心,对中国高放射性核废料处理项目负责人王驹博士进行了专访。

几十年来,世界各国对高放射性核废料处理技术进行了广泛的研究,经过对各种方法评估比较后,深地质处置法成为最佳选择,即将高放射性核废料保存在深入地下几百米处的特殊处置库内。由于核废料的高度危险性,一旦处置库选址不当, 将造成无法挽回的损失。因此核废料处置库选址必须非常慎重,需要综合考虑整个 国家的经济发展布局、人口分布、交通设施、候选地的地质、水文和气候条件等因素。一般来说,世界各国的核废料处置库都建在经济落后、人烟稀少的地区。

那么中国的核废料处置库最终将建在哪里呢?位于中国西北部的一个地区,这个地区叫北山,是我国高放射性核废料处置库的重点候选地之一。

为什么选在这里,北山的条件实在是太好了,这里是一片与海南省面积相当的戈壁滩,人烟非常稀少,整个地区人口不 到1.2万人,可以说除了沙砾和枯黄的骆驼草以外,寂寞得连回声都没有。北山经济发展很落后,周围也没有什么矿产资源,建设核废料库对经济发展影响较小。这里气候条件也很理想,全年降雨量只有70毫米,而蒸发量却达3000毫米,因此地下水位很低,也就减少了放射性元素随地下水扩散的危险。北山还拥有便利的交通运输条件,库址距离铁路也就七八十公里。此外北山的地质条件非常优越,这里地处地壳运动稳定区,库址所在地有着完整的花岗岩体,而花岗岩是对付辐射的最好的 '防护服'。国际原子能机构的专家们在北山进行考察之后称,北山是世界上最理想的核废料库址之一。

折叠 处理标准

核废料处置库是否会对当地环境造成影响时,王驹博士信心十足地表示处置库绝不会对当地造成不良影响。高放射性核废料的处理过程如下。

这些核废料首先要被制成玻璃化的固体,然后被装入可屏蔽辐射的金属罐中,最后人们将这些金属罐放入位于地下500-1000米的处置库内。由于核废料的半衰 期从数万年到10万年不等,在选择处置库时必须确保其地质条件能够保障处置库至少能在10万年内安全。

与对比铀矿对比,为核电站提供核燃料的铀矿矿藏一般都蕴藏在断层较多、地质条件不稳定的地区,但是只要我们不开采它们,这些铀矿床并不会对地表环境造成什么影响。我们的核废料处置库建设在一个没有地质断层,地壳运动稳定的地方,深度比铀矿床要深很多,周围又设 有防护辐射的工程屏障,使其与外部环境相隔离。既然与地表隔离条件不好的铀矿床都不会对地表环境造成什么影响,那么我们专门建设的核废料处置库必然比天然的铀矿床更加安全。

折叠 运输问题

由于建设在东南沿海的核电站与位于西北的核废料处置库之间相隔数千公里,核废料的运输过程需耗时一周左右,沿途还要经过许多人口稠密的地区,中国核废料主要通过陆路运输,长途使用火车运输,短途使用汽车运输,这也是世界各国核废料运输的主要方式。这种运输方式经过几十年发展,技术上已经很成熟,从其他国家的经验看,这种方式有着长期的安全记录。中国在核废料的运输方面也有一套严格的运输程序和保障体系。

核废料将被装入特殊的罐状运输容器,这种容器可以有效屏蔽辐射,运输核废料的火车车厢和汽车也必须经过特殊改装。其次,在选择运输路线时,有关部门将对沿途的道路、桥梁和沿线的地形、环境等因素进行详细分析比较,选择出最安全的线路。在运送过程中,武警部队将对运输核废料的车队进行全程武装押运,车队还配备有专门的导引车、保卫车以及其他一些保障车辆。先进的设备可以确保前后方通讯顺畅,有关部门还将通过卫星全程监控运输车队,随时掌握车队位置。车队启程前还要通知沿途各地公安、交通部门做好各项配合工作,所有这些措施将保证核废料的运输过程万无一失。

折叠 相关问题

在核废料处置库建成之前,所有的高放射性核废料只能暂存在核电站的硼水池中。如果不能及时建成核废料处置库,中国核工业将面临着核废料无处存放的境地。

在这方面,美国曾有过惨痛的教训。美国原计划在1998年建成高放射性核废料处置库,但由于技术难度过高,尽管美国政府投入了大量财力、人力进行研究,最终还是不得不将建成时间延长至2010年。这一结果直接导致了美国40多个核电站储存核废料的水池全部爆满,造成了巨大经济损失并使核电站业主状告美国能源部。

我国计划在2030-2040年完成处置库的建设,可以说时间已经相当紧迫。同时 ,高放射性核废料处置库又是一项耗资巨大的工程,以美国为例,其尤卡山核废料处置库工程预算达437亿美元,北欧国家瑞典为了建设核废料处置库也花费了200多 亿人民币。

根据中国核电未来规模,王驹博士估计中国高放射性核废料处置库将耗资数百亿人民币。由于建设成本过于昂贵,我们只能建设一个核废料处置库,但是中国核废料处置库的容量足以容纳中国核工业未来产生的所有高放射性核废料。我们的处置库将把核废料这个'恶魔'永远地禁锢在地下深处。

相关案例

美国:2013年3月22日,美国华盛顿州汉福德核禁区至少6个装有核废料的地下存储罐发生放射性和有毒废料泄漏。场区的177个储罐装有2亿升高放射性核废料,这些储罐早已超过20年的使用期,其中不少先前发生过泄漏,估计共泄漏378万升放射性液体。美国政府如今每年需要花费20亿美元清理该场区,这个数字占全美全部核清理预算总额的1/3。而要在该场区建设新的核废料处理工厂,预计耗资将超过123亿美元,至少到2019年才能投入使用。 前苏联:上世纪的冷战期间,原苏联出于成本等因素考虑,将核武器工厂产生的高放废料直接排入了附近的河流湖泊当中,造成了严重生态灾难。位于著名的原子能城车里雅宾斯克旁边的加腊苏湖曾经是野生动物的乐园,如今却因受到核废料污染变成了一潭死水,据俄罗斯环保专家称,该湖的生态环境在未来十几万年内都无法得到恢复。

折叠 编辑本段 外国处理

折叠 处置时间

国外高放射性废物处置时间(单位:年)

国家

选址开始时间

选址完成时间

处置库开始运行时间

从选址到运行所需时间

美国

1957


2010

53

日本

1976


2040

64

加拿大

1973

2004

≥2025

≥52

德国

1965


2008

43

瑞典

1976

2008

2020

44

芬兰

1987


2020

33

比利时

1974

2035

2050

76

英国

1976


2035

59

法国

2005




瑞士

1980

2000

>2020

>40

西班牙

1986


>2015

>34

阿根廷

2010-2015




美国在这方面的研究走在了世界前列,根据计划,美国将在2010年建成世界上第一个深地质核废料处置库。核电发达的瑞典、芬兰、法国、日本等国也纷纷制订了建设深地质核废料处置库的计划。中国在这方面起步较晚,1986年才开始 相关技术的研究,但是中国在这方面进展顺利,预计到2030年后将建成自己的深地 质核废料处置库。

近几天,德法两国又在为核废料的运输和存放问题搞得如临大敌。

折叠 抵制运动

2001年3月26日,法国4年之后重新开始将核废料运回德国。在数千群众抗议声中,拖着6节装有核废料车厢的火车,在500多名警察沿途护送和押运下,徐徐进入德国。在德国,场面更为壮观。从法国边境到戈莱本核废料倾倒场,沿途有多达3万名警察警戒,数万群众举旗抗议核废料重回德国,有些地方群众还和警察发生冲突。

1997年,法国在将核废料运回德国境内时,也曾发生反核群众和警方激烈的冲突,迫使德国政府下令暂停将核废料运回德国。然而,由于德国境内的近百座核电站每年都要产生不少核废料,这些核废料在经过法国阿格核废料处理厂处理后,按协议需运到德国的戈莱本核废料倾倒场永久性埋藏。所以,在西欧各国的压力下,德国政府不得不同意核废料再次运回德国埋藏。

大的有核国家,比如美国、俄罗斯在他们的国家都找到了暂存核废料的地点。2010年美国国会已通过立法,决定在美国西部内华达州沙漠地区存放美国的核废料。俄罗斯也决定在西伯利亚无人区建立核废料存放地,并欢迎其他国家付费存放。只有像德法日这些人口密集有核国家,核废料存放成为伤脑筋的大事。德国甚至宣布今后不再建设核电站。

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