中低放废物的处理

  • 放射性废物是怎么产生的?

在核燃料循环中的每一步都可以产生放射性废物。在前段,例如铀的冶炼和浓缩,在废物中放射性元素只包含矿石中已经有的放射性核素种类。这些元素主要是铀和它的衰变产物;在反应堆运行中,燃料中的核反应(主要是裂变反应)能够产生很多种不同放射性物质,以及中子活化堆芯中的各种结构材料。产生的放射性物质有以下几种去路:(1)在核电厂里衰变;(2)释放到环境中;(3)作为放射性废物来储存和处理;(4)核燃料循环再处理。

高中低放射性废物仅仅是用来广泛划分放射性废物的专业术语。超过95%的放射性都包含在乏燃料中或者在高放废物中(如果进行后处理),剩余的放射性将会在日常反应堆运行、储存厂和再处理厂的日常活动中产生。与高放废物不同的是中低放废物产生的衰变热很少,因此在储存期间不需要冷却。低放废物的处理甚至不需要特别的保护,然而处理中放废物还是要采取一定的保护措施,而且其中可能含有相当数量的长寿命放射性核素。

这只是一个简化的描述,关于核素的细节当然会比较复杂像堆型、核电厂运行模式、乏燃料的处理、废物处理都会对放射性的产生、数量和类型有影响。

本文不对这些问题进行深入讨论,仅限于处理含放射性核素的中中放废物的。

  • 有哪些放射性废物?

矿山尾矿

铀矿开采的尾矿产生的放射性物质体积在整个核燃料循环中是最多的(体积是其他放射性废物的50-100倍)。这些废物通常是稳定的,基本没有处理。而这些废物包含有长寿命放射性核素,因此必须采取某些措施来减少它们对人类和环境的长期危害。

反应堆产生的废物

在反应堆运行期间,中低放废物是以液体和固体的形式存在。液体废物是反应堆系统和核电站其他系统产生的污水。把这些污水纯化或浓缩,然后和水泥或者沥青混合以做成稳定形式的废物。

固体废物是任何潜在的放射性材料(反应器中的系统或者设备),如过滤器,阀门,管道,垃圾等。大多数固体废物是在维护和修理工作中产生,被压缩,焚烧或简单地装在桶。封装在混凝土中可以做成稳定的废料包。

再处理产生的废物

在后处理中,乏燃料中铀和钚被溶解分离回收。主要的废物是能产生大量热的高放废物(乏燃料中的大量裂变产物)。某些再处理废物包含了大量的长寿命放射性核素,即所谓的超铀元素,这些核素同样需要同自然环境隔离起来,就像高放废物和乏燃料一样。

再处理厂也会产生中低放废物,处理方法与反应堆废物的处理是一样的。

退役废物

核设施的退役也会产生放射性废物。核设施除了在运行过程中会产生与工厂运行类似的废物外,其他类型的废物也会产生,特别是反应堆中某些内部结构材料和其周围的结构材料,都会有感生放射性。

其他类型的中低放废物

科研单位,放射性核素的工业用途和医疗用途也会产生中低放废物。在没有核电的国家,这构成放射性废物的大部分,而有核电的国家,这种废物只占5-30%的放射性废物总量的5-30%。

由于核电规模的继续扩大,可以预计放射性废物的数量将不但增加。

  • 放射性废物是怎么处理?

与全社会处理的总的有毒物质相比,放射性废物的量还是很小的。

中低放废物一般是压缩后装在钢桶里,一般就在产生地点的附近。然而,某些类型的废物需要运输到集中处理厂房,例如在某些国家,低级别的可燃垃圾就在中央站点焚化。了解废物的化学和物理性质是对它们的管理是必不可少的。在废物的分类中,废物放射性活度和主要核素的含量及半衰期是两个基本的考虑因素,这对废物的进一步处理、储存、运输和处置都至关重要。

在处理、储存和运输废物的过程中,要采取特别的屏蔽措施来保证安全,并达到国际标准。

  • 用什么方法处理废物?

把废物倾倒在海里,这很大程度上依靠核素稀释和分散到环境中,但这是现在禁止的,所有关于中低放废物的处理方法都是封存,直到放射性衰变到辐射水平满足安全标准为止。为此设计出了多重屏蔽防护系统,大多数国家都已经制定或者补充了这方面的政策法规。

封存期的长短取决于有毒放射性废物的比例,特别是核素的半衰期;长寿命核素的含量将决定长期封存的方式。

浅埋的废物通常认为是短寿命、低辐射水平的。在核设施关闭后,要安装一些现场监控措施以防止人为的入侵。然而,必须清楚的知道监控机构的长期维持(例如任何形式的监督由责任监管部门的监督下进行)都不能依靠超越有限的时间,通常认为300年在这方面已经是一个足够大的尺度了。

相反,深埋的放射性核素被认为是一个完全被动的系统,通常被认为是长寿命废物。在这种情况下,没有必要考虑长久精确的监控系统来保证长期的完整性,因为自然事件和人为的破坏的概率是很低的。这个道理很简单,但是,不排除对短寿命废物进行地质深埋的可能性。

实际中,处理中低放废物主要遵循的:(1)地面处理,对于有大规模核电的国家特别有效。法国、美国和英国都已经建立了处理短寿命核素的工厂;(2)地质埋藏,具有在处理前可以避免分离长寿命和短寿命核素的优点,特别是浅地表埋藏。废弃的矿井或者专门挖的深穴都可以拿来处理废物,做的比较好的有芬兰、德国、瑞士等。

  • 有什么措施可以确保安全处理中低放废物?

在所有国家放射性废物处置库的选址,建造,运行和关闭受严格的授权和控制程序,当然对其他放射性废物产生源头(核设施,科研单位,放射性同位素的生产和应用设施)和在放射性物质整个装卸,运输和储存的过程中的都有严格监管。这些监管程序能够确保废物的产生在可靠控制之下。

处置废物的处置库,废物验收标准必须达到。这些标准可能涉:(1)限制放射性核素的浓度;(2)限制放射性核素的总活度;(3)对废物体和废物包,某些性能标准也要达到标准,例如,机械,物理和化学稳定性。这些标准很大程度上基于国际和国家放射卫生防护标准,但实际的量化标准也将取决于每一种处置场实际情况下的类型。

一个处置点的详细特征是在进行最后的选址和建设处置库之前进行确定。例如,测量和确定地质特征,地下水流动和地球化学条件的模型。在很多情况下,详细的特征还包括额外包括工程屏障,例如厚的混凝土拱顶和回填的密实的土。这将加强对废弃物的保护,防止地下水过度或过早侵入,并会尽量减少或者延迟废物核素向环境的迁移。

中低放废物的长期安全性可以通过系统的设计屏障逐渐失效的预测模型来评估。一个完整的安全评估还包括潜在的地质环境变化对预选地点的破坏,例如,在预选点地质可能发生断裂或冰川,以及人类侵扰的动作。在发放许可证中,监管部门会进行评估安全分析的结果和他们固有的不确定性。

在施工过程中,处置库的操作和关闭,将严格按要求操作,以确保是按照计划执行。