核废料及其管理

按照放射性强度,核废料可以分为高放、中放和地方废物。高放废物主要来自核反应堆中使用三年左右的乏燃料;低放废物是由运行电厂所使用的工具和工作服等轻污度染物组成的,低放废物在放射性废物中占有较大比重。用过的过滤器,反应堆内的钢制部件以及后处理中产生的废水等都属于中放废物。

表1 各种核废料所占比例
核废物类型 按体积 按放射性含量
高放废物 3% 95%
中放废物 7% 4%
低放废物 90% 1%

在核电产生的废物中,高放废物只占总体积的3%,但它们含有95%来自核能所产生的放射活性。低放废物占放射性废物总体积的90%,但仅含1%的放射活性。

乏燃料的管理

乏燃料会继续发生衰变反应,放出热量,且伴随有放射性。只要将其冷却,并将使用致密材料如混凝土、钢材或几米的水进行防护,以屏蔽辐射,可达到安全处理与贮存的要求。

水可以提供便捷地冷却和屏蔽保护,因此,一个标准的反应堆会将其燃料在水下拆除并转移至贮存池中。经过五年左右的时间就可以转移到干燥通风的混凝土容器中,否则,就必须在贮存池中安全地长期存放,通常达到50年。

乏燃料贮存池

乏燃料贮存池

目前,大部分乏燃料处理是“一次通过式”,不回收再利用,但从乏燃料中回收铀(可称为铀的再处理,或RepU)和钚(Pu),可以避免资源浪费。在核废料中,有约96%的铀,1%是钚,其余3%为高放废物。回收的铀和钚会循环进入新的燃料中得以利用。钚和铀分别以自身的氧化物形式混合被称为混合氧化物燃料(MOX)。

高放废物(无论是经过50年冷却的核废料,还是经过铀钚分离后的3%的高放废物)将会被放置于深埋地下的地质储存库中。

中放和低放废物

处理中低放废物所建立的储存库更接近于地表,低放废物处置场所都是特质的,但与普通城市的垃圾厂并无太大区别。

核电并非唯一产生放射性废物的行业。仅仅举几个其他产业的例子,如医药、粒子和空间研究、石油、天然气和采矿等。这些行业所产生的放射性废物并非产生于反应堆内,而是天然放射性材料自然集中形成的。

在过去50年中,民用核电站产生的核废料从未造成任何影响伤害或造成环境危害。它们的管理及最终处置都十分简单。

位于芬兰TVO's Olkiluoto的低中放废物贮存车间

位于芬兰TVO’s Olkiluoto的低中放废物贮存车间

所有放射性废物与其他更大数量级的有毒产业废物相比,区分的显著特征是它的放射性在不断地衰变和减少,例如,从反应堆中卸载的核废料经历40年的时间它的剩余放射性仅为初始的1‰,是极易处理处置的。

处理处置

对放射性废物进行高中低放分类,有助于确定如何处理以及最终如何处置。高放废物需要屏蔽以及冷却,低放废物可以较为简单的在无屏蔽下进行处理。

为了降低环境的放射性水平,所有的放射性废物设施都设计有多重防护,以确保工作人员安全。低放、中放废物的掩埋较为接近地表,低放废物的处置与普通城市垃圾填埋场并无太大区别,高放废物可以保持高放射性数千年,它们需要深埋在地质结构稳定的地下设施建筑中。建造高放废物处理设施是可行的,目前一些国家正在设计流程并开始建造。