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把高放废物深埋地下 科学“挖坑”有讲究

2021-12-09 09:53     来源:科技日报     放射性废物国际原子能机构中核集团
高放废物的全称是“高水平放射性废物”,它是一种对环境具有较大潜在危害的放射性废物。其中,“高水平”是相较于“中、低水平”而言,核工业产生的放射性废物中99%属于中、低放废物,经过一段时间后,其放射性就会衰变至无害水平,只有剩下的1%属于高放废物。

近日,中国国家原子能机构主任张克俭和国际原子能机构总干事格罗西以视频会议形式,共同见证国际原子能机构与中核集团核工业北京地质研究院(以下简称核地研院)签署协议,在核地研院设立“国际原子能机构高放废物地质处置协作中心”。

这是国际原子能机构在全球设立的首个高放废物地质处置协作中心。中心正式成立后,双方将以中国北山高放废物地质处置地下实验室(以下简称北山地下实验室)为重要平台,共同开展高放废物地质处置相关技术研究。


高放废物的“前世今生”

需要如此大费周章处置的高放废物究竟是什么?

核地研院副院长、北山地下实验室总设计师王驹介绍,高放废物的全称是“高水平放射性废物”,它是一种对环境具有较大潜在危害的放射性废物。其中,“高水平”是相较于“中、低水平”而言,核工业产生的放射性废物中99%属于中、低放废物,经过一段时间后,其放射性就会衰变至无害水平,只有剩下的1%属于高放废物。如果高放废物不能得到合理且安全的处置,将对人类生存环境产生巨大影响。

高放废物大多产生于核电站乏燃料,即经达到设计燃耗、使用过的核燃料的后处理或直接处置,以及其他国防军事设施。它的特点在于放射性核素含量或浓度高、毒性大、会发热并含有半衰期长的长寿命核素。“半衰期长”意味着高放废物的放射性需要相当长的时间才能消除。

“高放废物地质处置是核工业产业链最后一环,也是国际社会共同关注的重要一环。”王驹强调。

关于安全处置高放废物这一世界性难题,科学家们曾提出“太空处置”“岩石熔融处置”“深海处置”等多种方案。但出于安全、环保、可行性、成本等考虑,这些方案或停留在研究阶段,或被搁浅甚至禁止。比如,深海处置是将高放废物倾倒入固定海域,利用海洋的稀释、自我修复和调节能力来隔离核废料的放射性,但由于无法全面评估其对海洋环境的影响,这种方法在国际社会中存在较大争议,按照《伦敦倾废公约》《巴塞尔公约》等国际公约,1993年后其已被世界各国全面禁止。

核地研院刘旭东博士告诉记者,经过全球科学家几十年的研究与探索,目前国际公认的高放废物处置方案是在地下数百米的稳定地质体中对高放废物进行地质处置。

“现在提到高放废物处置,大部分是在讨论高放废物地质处置。”刘旭东进一步解释,“地质处置即把高放废物深埋于距离地表深度约500至1000米的处置库中,通过多重屏障系统消除有害核素对生物圈的不利影响。处置库须在各种未来演化情景及不确定因素的影响下,实现对有害核素万年以上的包容、隔离,以确保长期安全,满足监管要求。”

经过几十年的发展完善,世界各国在高放废物地质处置方面已积累了丰富的经验。在适宜场址的基础上,结合地下实验室开展深入研究,完善多重屏障系统,即可实现处置库对放射性核素的包容、隔离,进而确保人与环境的长期安全。

为高放废物找到“安身之所”

通俗地说,高放废物地质处置就是挖一个深“坑”把高放废物埋起来。但在哪儿挖坑,挖什么样的坑,怎么挖,怎么埋,埋了以后如何保证其长久的安全性?这其中大有学问。

为找到北山这个理想的场址,核地研院高放废物地质处置研究团队已整整奋斗了35年。

1985年,我国高放废物地质处置研究开发的起点。2011年,国家国防科工局和国家环保部联合召开专家评审会,确定甘肃北山可作为我国高放废物处置库首选预选区。

甘肃北山何以成首选预选区?

王驹告诉记者,一个合适的“坑”要考虑多种因素。单从地质角度来讲,区域应地形平缓,地壳稳定,还需具备地表水系不发育、地下水贫乏、岩体完整、岩体工程质量优良和工程地质条件适宜等有利条件。“这一切都是为了更好地‘关’住高放废物。比如,地壳稳定才不会有大动静,损坏地下处置库。同时,地表水和地下水容易渗透侵蚀地下处置库,所以干燥缺水的自然环境很重要。”王驹说。

同时,高放废物的“安身之所”还需综合考虑经济条件和社会效应。地区应尽量人口稀少、交通便利,土地无耕种价值,动植物资源和矿产资源贫乏,这样才能避免影响未来区域经济社会发展。

而甘肃北山,正是满足这些条件的“理想”区域。在北山,团队通过钻孔获得大量极完整岩心。国内外同行一致认为,北山新场场址为当前世界上高放废物处置选址中围岩最为完整的花岗岩场址。

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