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    核廢料

       日期:2016-08-17     來源:百度百科    瀏覽:13    評論:0    

      核廢料泛指在核燃料生產、加工和核反應堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料。也專指核反應堆用過的乏燃料,經后處理回收钚239等可利用的核材料后,余下的鈾-238等不再需要的并具有放射性的廢料。

      概述

      類型

      核廢料按物理狀態可分為固體、液體和氣體3種;按比活度又可分為高水平(高放)、中水平(中放)和低水平(低放)3種。

      特征

      核廢料的特征是:

      ①放射性: 核廢料的放射性不能用一般的物理、化學和生物方法消除,只能靠放射性核素自身的衰變而減少。

      ②射線危害: 核廢料放出的射線通過物質時,發生電離和激發作用,對生物體會引起輻射損傷。

      ③熱能釋放: 核廢料中放射性核素通過衰變放出能量,當放射性核素含量較高時,釋放的熱能會導致核廢料的 溫度不斷上升,甚至使溶液自行沸騰,固體自行熔融。

      管理原則

      核廢料的管理原則是:①盡量減少不必要的廢料產生并開展回收利用。②對已產生的核廢料分類收集,分別貯存和處理。③盡量減少容積以節約運輸、貯存和處理的費用。④向環境稀釋排放時,必須嚴格遵守有關法規。⑤以穩定的固化體形式貯存,以減少放射性核素遷移擴散。

      國際原子能機構(IAEA)對于核廢料的處理和處置有嚴格的規定,要求各國遵照執行。核廢料處理的基本方法是稀釋分散、濃縮貯存以及回收利用。核廢料處置包括控制處置(稀釋處置)和最終處置。核廢料的控制處置是指液體和氣體核廢料在向環境中稀釋排放時,必須控制在法規排放標準以下。核廢料的最終處置是指不再需要人工管理,不考慮再回取的可能。因此,為防止核廢料對環境和人類造成危害,必須將其與生物圈有效地隔離。最終處置的主要對象是高放核廢料。

      處理介紹

      處理條件

      核廢料是核物質在核反應堆(原子爐)內燃燒后余留下來的核灰燼,具有極強烈的放射性,而且其半衰期長達數千年、數萬年甚至幾十萬年。也就是說,在幾十萬年后,這些核廢料還能傷害人類和環境。所以如何安全、永久地處理核廢料是科學家們一個重大的課題。

      科學家們說,安全、永久地處理核廢料有兩個必需條件:首先要安全、永久地將核廢料封閉在一個容器里,并保證數萬年內不泄露出放射性。科學家們為達到這個目的,曾經設想將核廢料封在陶瓷容器里面,或者封在厚厚的玻璃容器里面。但科學實驗證明,這些容器存入核廢料在100年以內效果還是很理想。但100年以后,容器就經受不住放射線的猛烈轟擊而發生爆裂,到那時,放射線就會散發到周圍環境中,后果不堪設想。英國皇家科學院發現一種新型水晶可以經受得住放射線的強烈攻擊,用它來生產貯藏核廢料的容器,能夠更大程度上保證安全。然而,要尋找到一種能夠在幾萬年內,都忍受得住放射線輻射的物質,仍然是科學家們努力的方向。

      其次,要尋找一處安全、永久存放核廢料的地點。這個地點要求物理環境特別穩定,長久地不受水和空氣的侵蝕,并能經受住地震、火山、爆炸的沖擊。科學家們實驗證明,在花崗巖層、巖鹽層以及粘土層可以有效地保證核廢料容器數百年內不遭破壞。但數百年后,這些存放地點會不會發生破壞是無法預料的。科學家們建議,最好的方法是先在這樣一個穩定地點挖一個數百米深的坑道存放核廢料,待將來科學發達了,再尋找更好的辦法處理這些“人類殺手”。

      處理方法

      自從1945年人類進入核時代以來,小小的原子核如同一個不斷釋放出寶物的魔瓶,人類擁有了提供巨大能量的核電站、可以許多次環繞地球不停的核輪船、可以殺滅腫瘤的核儀器、可以探測太空的核飛船……但是,核廢料的產生及對人類的長久威脅也恰恰說明,任何事物都有兩面性。人類在享受大自然恩賜的同時,也要承擔保護大自然的責任,否則將受到嚴厲的懲罰,但愿人類能夠關愛好自己的這個家園。核廢料的處理,國際上通常采用海洋和陸地兩種方法處理核廢料。一般是先經過冷卻、干式儲存,然后再將裝有核廢料的金屬罐投入選定海域4000米以下的海底,或深埋于建在地下厚厚巖石層里的核廢料處理庫中。美國、俄羅斯、加拿大、澳大利亞等一些國家因幅員遼闊,荒原廣袤,一般采用陸地深埋法。為了保證核廢料得到安全處理,各國在投放時要接受國際監督。

      通常所說的核廢料包括中低放射性核廢料和高放射性核廢料兩類,前者主要指 核電站在發電過程中產生的具有放射性的廢液、廢物,占到了所有核廢料的99%, 后者則是指從核電站反應堆芯中換出來的燃燒后的核燃料,因為其具有高度放射性 ,俗稱為高放廢料。

      中低放射性核廢料危害較低,國際上通行的做法是在地面開挖深約10—20米的壕溝,然后建好各種防輻射工程屏障,將密封好的核廢料罐放入其中并掩埋,一段 時間后,這些廢料中的放射性物質就會衰變成對人體無害的物質。這種方法經過幾 十年的發展,技術已經十分成熟,安全性也有保障。目前我國已經建成兩個中低放 射性核廢料處置場,其中北龍中低放處置場位于廣東省大亞灣附近,另外一個則建 在甘肅省某地。高放廢料則含有多種對人體危害極大的高放射性元素。這些高放射性元素的半衰期長達數萬年到十萬年不等,如果不能妥善處置將會給當地環境帶來毀滅性影響。上個世紀的冷戰期間,原蘇聯出于成本等因素考慮,將核武器工廠產生的高放廢料直接排入了附近的河流湖泊當中,造成了嚴重生態災難。位于著名的原子能城車里雅賓斯克旁邊的加臘蘇湖曾經是野生動物的樂園,如今卻因受到核廢料污染變成了一潭死水,據俄羅斯環保專家稱,該湖的生態環境在未來十幾萬年內都無法得到恢復。

      處置方法

      為了尋找安全處理高放廢料的方法,人類從上個世紀50年代起就開始了相關研究。有人曾提出用火箭把高放廢料送到宇宙空間。可是這種方法費用極高,而且火箭發射還有失敗的風險,所以這種方法僅停留在設想階段。之后,有人又提出了冰蓋處置的設想。就是把高放廢物放置在南極或北極的冰蓋上,由高放廢料本身產生熱量融化冰層,使廢料桶最后沉到冰層底部,從而被永久隔離。但是由于冰蓋路途遙遠,冰蓋的地質演化具有不確定性,這種方法也只能是紙上談兵。除此之外,還有科學家提出將核廢料拋入深海溝等方法,但這些方法不是費用太高,就是在技術上無法實現,最重要的是它們都無法確保絕對安全,而這恰恰是高放廢料處理的基本要求。經過多年的試驗與研究,目前世界上公認的最安全可行的方法就是深地質處置方法,即將高放廢料保存在地下深處的特殊倉庫中永久保存。

      中國處理

      建處置庫

      自從上個世紀90年代中國的第一座核電站———秦山核電站投產發電以來,中國核電事業在十幾年間獲得了飛速發展。根據來自核工業部門的最新資料,截止至2013年9月30日,我國投入商業運行的核電機組數量已達17臺,核電總裝機容量14833.79MWe。2013年,我國核電占總發電量1.97%。

      隨著我國核電站數量的增加,中國東部經濟發達地區能源短缺的巨大壓力得到了有效緩解,但這些核電站在發電的同時也產生了大量的核廢料。目前我國核電站每年產生150噸具有高度放射性的核廢料,預計到2010年這些核廢料的積存量將達到1000噸。由于高度放射性核廢料對環境與人體都有極大的危害性,中國百姓對于核電安全性的關注也日益增強。為了全面了解中國高放射性核廢料處理的詳細情況 ,記者來到了核工業北京地質研究院環保中心,對中國高放射性核廢料處理項目負責人王駒博士進行了專訪。

      幾十年來,世界各國對高放射性核廢料處理技術進行了廣泛的研究,經過對各種方法評估比較后,深地質處置法成為最佳選擇,即將高放射性核廢料保存在深入地下幾百米處的特殊處置庫內。由于核廢料的高度危險性,一旦處置庫選址不當, 將造成無法挽回的損失。因此核廢料處置庫選址必須非常慎重,需要綜合考慮整個 國家的經濟發展布局、人口分布、交通設施、候選地的地質、水文和氣候條件等因素。一般來說,世界各國的核廢料處置庫都建在經濟落后、人煙稀少的地區。

      那么中國的核廢料處置庫最終將建在哪里呢?位于中國西北部的一個地區,這個地區叫北山,是我國高放射性核廢料處置庫的重點候選地之一。

      為什么選在這里,北山的條件實在是太好了,這里是一片與海南省面積相當的戈壁灘,人煙非常稀少,整個地區人口不 到1.2萬人,可以說除了沙礫和枯黃的駱駝草以外,寂寞得連回聲都沒有。北山經濟發展很落后,周圍也沒有什么礦產資源,建設核廢料庫對經濟發展影響較小。這里氣候條件也很理想,全年降雨量只有70毫米,而蒸發量卻達3000毫米,因此地下水位很低,也就減少了放射性元素隨地下水擴散的危險。北山還擁有便利的交通運輸條件,庫址距離鐵路也就七八十公里。此外北山的地質條件非常優越,這里地處地殼運動穩定區,庫址所在地有著完整的花崗巖體,而花崗巖是對付輻射的最好的 ‘防護服’。國際原子能機構的專家們在北山進行考察之后稱,北山是世界上最理想的核廢料庫址之一。

      處理標準

      核廢料處置庫是否會對當地環境造成影響時,王駒博士信心十足地表示處置庫絕不會對當地造成不良影響。高放射性核廢料的處理過程如下。

      這些核廢料首先要被制成玻璃化的固體,然后被裝入可屏蔽輻射的金屬罐中,最后人們將這些金屬罐放入位于地下500—1000米的處置庫內。由于核廢料的半衰 期從數萬年到10萬年不等,在選擇處置庫時必須確保其地質條件能夠保障處置庫至少能在10萬年內安全。

      與對比鈾礦對比,為核電站提供核燃料的鈾礦礦藏一般都蘊藏在斷層較多、地質條件不穩定的地區,但是只要我們不開采它們,這些鈾礦床并不會對地表環境造成什么影響。我們的核廢料處置庫建設在一個沒有地質斷層,地殼運動穩定的地方,深度比鈾礦床要深很多,周圍又設 有防護輻射的工程屏障,使其與外部環境相隔離。既然與地表隔離條件不好的鈾礦床都不會對地表環境造成什么影響,那么我們專門建設的核廢料處置庫必然比天然的鈾礦床更加安全。

      運輸問題

      由于建設在東南沿海的核電站與位于西北的核廢料處置庫之間相隔數千公里,核廢料的運輸過程需耗時一周左右,沿途還要經過許多人口稠密的地區,中國核廢料主要通過陸路運輸,長途使用火車運輸,短途使用汽車運輸,這也是世界各國核廢料運輸的主要方式。這種運輸方式經過幾十年發展,技術上已經很成熟,從其他國家的經驗看,這種方式有著長期的安全記錄。中國在核廢料的運輸方面也有一套嚴格的運輸程序和保障體系。

      核廢料將被裝入特殊的罐狀運輸容器,這種容器可以有效屏蔽輻射,運輸核廢料的火車車廂和汽車也必須經過特殊改裝。其次,在選擇運輸路線時,有關部門將對沿途的道路、橋梁和沿線的地形、環境等因素進行詳細分析比較,選擇出最安全的線路。在運送過程中,武警部隊將對運輸核廢料的車隊進行全程武裝押運,車隊還配備有專門的導引車、保衛車以及其他一些保障車輛。先進的設備可以確保前后方通訊順暢,有關部門還將通過衛星全程監控運輸車隊,隨時掌握車隊位置。車隊啟程前還要通知沿途各地公安、交通部門做好各項配合工作,所有這些措施將保證核廢料的運輸過程萬無一失。

      相關問題

      在核廢料處置庫建成之前,所有的高放射性核廢料只能暫存在核電站的硼水池中。如果不能及時建成核廢料處置庫,中國核工業將面臨著核廢料無處存放的境地。

      在這方面,美國曾有過慘痛的教訓。美國原計劃在1998年建成高放射性核廢料處置庫,但由于技術難度過高,盡管美國政府投入了大量財力、人力進行研究,最終還是不得不將建成時間延長至2010年。這一結果直接導致了美國40多個核電站儲存核廢料的水池全部爆滿,造成了巨大經濟損失并使核電站業主狀告美國能源部。

      我國計劃在2030—2040年完成處置庫的建設,可以說時間已經相當緊迫。同時 ,高放射性核廢料處置庫又是一項耗資巨大的工程,以美國為例,其尤卡山核廢料處置庫工程預算達437億美元,北歐國家瑞典為了建設核廢料處置庫也花費了200多 億人民幣。

      根據中國核電未來規模,王駒博士估計中國高放射性核廢料處置庫將耗資數百億人民幣。由于建設成本過于昂貴,我們只能建設一個核廢料處置庫,但是中國核廢料處置庫的容量足以容納中國核工業未來產生的所有高放射性核廢料。我們的處置庫將把核廢料這個‘惡魔’永遠地禁錮在地下深處。

     
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