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郭致星:中國的超級項目—核廢料處置庫（郭致星）

項目管理

2016-01-20 52570

中國的超級項目—核廢料處置庫

工程預(yù)算：不詳

工程期限：2000年——2140年

工程歷時百年，設(shè)計壽命1萬年

核電站冷卻塔，用河中抽取的冷卻水，把從汽輪機中排出的蒸汽冷卻后循環(huán)使用。英國最早使用這種冷卻塔，20世紀(jì)30年代以來在各國廣泛應(yīng)用。

自從1991年中國第一座核電站——浙江海鹽秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電以來，中國核電事業(yè)在十幾年間獲得了飛速發(fā)展。根據(jù)核工業(yè)部門的最新資料，中國目前共有浙江秦山、廣東大亞灣、嶺澳、江蘇田灣四座核電站在運行，其中秦山核電站共有5個機組，大亞灣、嶺澳、田灣各有兩個機組，共11個機組。2008年中國核電總裝機容量約900萬千瓦。預(yù)計到2020年，中國核電總裝機容量將超過5000萬千瓦。

隨著我國核電站數(shù)量的增加，中國東部經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)能源短缺的巨大壓力得到了有效緩解，但這些核電站在發(fā)電的同時也產(chǎn)生了大量的核廢料。目前我國核電站每年產(chǎn)生150噸具有高度放射性的核廢料，預(yù)計到2010年這些核廢料的積存量將達(dá)到1000噸。由于高度放射性核廢料對環(huán)境與人體都有極大的危害性，核廢料處理問題也日益顯現(xiàn)，這也是全世界關(guān)注的難題。

廣東大亞灣核電站

建設(shè)中的山東海陽第三代核電

建設(shè)中的浙江三門第三代核電

中國核廢料存量的明細(xì)賬

根據(jù)清華大學(xué)核能研究設(shè)計院的專家統(tǒng)計：目前，中國因核技術(shù)運用產(chǎn)生廢料累計近1萬立方米左右，研究開發(fā)產(chǎn)生的廢料大概在5000立方米左右，軍工生產(chǎn)遺留下的核廢料大約有幾萬立方米，核運用產(chǎn)生的放射源有上萬枚。另外，鈾礦開采時產(chǎn)生的含放射性物質(zhì)的廢礦石有幾千萬噸，核礦渣有幾千萬噸。上述數(shù)據(jù)，就是目前中國整個核廢料存量的明細(xì)賬。從中可以看出，中國目前核廢料的主要來源還不在核電站。核電站產(chǎn)生的核廢料存量比重低，主要是因為核電站邊生產(chǎn)邊處置核廢料。

一座100萬千瓦的核電站一年產(chǎn)生幾十噸放射性廢料，這些核廢料加工處理后將產(chǎn)生4立方米高輻射核廢料、20立方米中輻射核廢料、140立方米低輻射核廢料和200立方米非輻射性廢料。這些核廢料都暫存在核電廠自建的硼水池中，硼水可以吸收核廢料產(chǎn)生的大部分能量。每個硼水池足以儲存核電站10年運行所產(chǎn)生的核廢料（乏燃料，即經(jīng)核電站發(fā)電使用過的核燃料）。最后這些核廢料將轉(zhuǎn)運到全國統(tǒng)一的放射性核廢料處置庫。

在過去30年里，美國運行著的100多個核電站，大部分都采用這種方法處理。目前美國核發(fā)電站產(chǎn)生的核廢料共有4.5萬噸，并且正以每年2000噸的速度增加。德國核電站、實驗室及醫(yī)學(xué)機構(gòu)每年產(chǎn)生20萬立方米放射性廢料。與美德等國相比，中國的核廢料處理遠(yuǎn)沒有到“最危險的時候”。專家推測，中國核廢料存儲空間上的壓力會在2030年前后出現(xiàn)，那時，僅核電站產(chǎn)生的高放射核廢料（乏燃料），每年就將高達(dá)3200噸。

臺灣蘭嶼核廢料貯存場用來貯存低放射性核廢料的空桶，每個容量大約200升。臺灣目前有三座核電站，并且正在籌建永久性的核廢料處置場。

核廢料處理形式

所謂核廢料，是指核電站在運行中產(chǎn)生的含有放射性的物質(zhì)。從技術(shù)層面來看，核廢料主要分為高放射性、中放射性、低放射性三類。高放射性核廢料主要包括核燃料在發(fā)電后產(chǎn)生的乏燃料及其處理物。中低放射性核廢料一般包括核電站的污染設(shè)備、檢測設(shè)備、運行時的水化系統(tǒng)、交換樹脂、廢水廢液和手套等勞保用品。中低放射性核廢料危害較低；高放射性核廢料則含有多種對人體危害極大的高放射性元素，例如只需10毫克钚就能致人斃命，因此各種核廢料處置方法是不一樣的。

中國對中低放射性核廢料的處理，按國家標(biāo)準(zhǔn)和國際原子能機構(gòu)的要求處理，不論是固體核廢料還是液體核廢料，都要進行固化處理，然后裝在200升的不銹鋼桶里，放在淺地層的處置庫里。

國際上對高放射核廢料有兩種處理方式，一種是直接把乏燃料當(dāng)核廢料，經(jīng)過處理裝在大罐子里直接埋到很深的地層下，像美國、俄羅斯、加拿大、澳大利亞等幅員遼闊的國家目前都是這樣做的。還有一種是將裝有核廢料的金屬罐投入選定海域4000米以下的海底。中國對高放射廢物采取的是后處理方式，即先把乏燃料送到處置場進行玻璃固化，之后再放到至少500米深的地層內(nèi)埋掉。

將核廢料埋在永久性處置庫是目前國際公認(rèn)為最安全的核廢料處置方式。不過，在西方社會，由于環(huán)保人士的強烈反對，政府要找到一個不被反對的核廢料永久存放地不是一件容易的事，因此更傾向在中低放射性核廢料庫中暫時存放，同時期待有更安全、更能被接受的處理技術(shù)和方案出現(xiàn)，再作最終處理。目前為止，全世界已經(jīng)確定建設(shè)高放射核廢料處置場廠址的國家只有芬蘭。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(jiān)督。

廣東大亞灣核電站、嶺澳核電站及北龍中低放射核廢料處置庫地形圖

中國核廢料處置庫現(xiàn)狀

目前，中國已建有兩座中低放射核廢料處置庫，并準(zhǔn)備再建兩座，但還沒有一座高放射處置庫。已建成兩座中低放射核廢料處置庫，分別位于甘肅玉門和廣東大亞灣附近的北龍。甘肅玉門西北處置場位于原核工業(yè)404廠廠區(qū)內(nèi)，該廠為我國最早的核工業(yè)基地之一。廣東北龍?zhí)幹脠鍪冀ㄓ?/span>1998年，于2000年建成，位于大鵬半島排牙山東側(cè)的一條低緩的小山梁上，距大亞灣核電站5公里，距嶺澳核電站4公里。占地近21公頃，設(shè)計總處置容量為8萬立方米，工程造價約8000萬元。主要接收和處置廣東省核電站產(chǎn)生的低中水平的放射性固體廢物。

這兩個中低放處置場，占地20-50萬立方米不等，附近還要設(shè)置幾十平方公里的安全屏障。西北處置廠位于地表之下，距離地表有10-20米；北龍?zhí)幹脠鼋ㄓ诘乇碇希纬梢粋€方盒子樣子的封閉處。這個封閉處土埋之后形成山包，上面將種上植被，進行綠化。一個中低放處置場，一般需要與外界300-500年的隔離期。

與各地爭上核電項目的沖動相比，地方政府對于在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)處置場卻有著不小的抵觸情緒。華東處置場的選址就是由于這一原因而一直沒有能夠定下來。有關(guān)方面認(rèn)為，應(yīng)該建在浙江。因為浙江的核電站建設(shè)起步最早，建設(shè)的也最多。據(jù)測算，現(xiàn)在建造一個中低放處置場，大約需要2億元的資金。按照規(guī)劃，除了已建好的華南、西北兩處，還將在華東和西南建設(shè)兩座區(qū)域性低放廢物處置庫。

中國目前核廢料的處置監(jiān)管由國家環(huán)保總局核安全與輻射環(huán)境管理司負(fù)責(zé)。該司也就是以前的國家核安全局，后來并到環(huán)保總局。2005年上半年，國防科工委專門開了一個處置高放射物質(zhì)研討會，著手進行中長期核廢料處置規(guī)劃，研討會編制了一個指南，還組成了一個專家委員會，最后確定：中國將建設(shè)一座永久性高放射物質(zhì)處置庫，設(shè)計壽命10000年，容量要能儲存100至200年間全中國產(chǎn)生的核廢料，在滿了之后就永久地封掉。即至少100年之后，大陸才會出現(xiàn)第二座永久性高放物處置庫。

高放射核廢料處置庫選址

世界各國幾十年來對高放射性核廢料處理技術(shù)進行了廣泛的研究，經(jīng)過對各種方法評估比較后，深地質(zhì)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(nèi)。由于核廢料的高度危險性，一旦處置庫選址不當(dāng)，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(jīng)濟發(fā)展布局、人口分布、交通設(shè)施、候選地的地質(zhì)、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(jīng)濟落后、人煙稀少的地區(qū)。

根據(jù)中國核電發(fā)展規(guī)劃，我國大約會在2015年至2020年左右，確定永久性高放射核廢料處置庫的庫址。目前全國庫址勘查共有六大片，即華東、華南、西南、內(nèi)蒙、新疆、甘肅。華東以前曾考慮選址在江蘇、浙江、安徽三省交界處，那里地質(zhì)巖性比較好，但考慮到以后的經(jīng)濟發(fā)展，最后沒有再去做更多的勘測工作。

西北地區(qū)甘肅敦煌北山的條件非常優(yōu)越，這里位于敦煌莫高窟東南約25公里，是一片與海南省面積相當(dāng)?shù)母瓯跒?，人煙非常稀少，整個地區(qū)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(jīng)濟發(fā)展較為落后，周圍沒有什么礦產(chǎn)資源，建設(shè)核廢料庫對經(jīng)濟發(fā)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(fā)量卻達(dá)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?dāng)U散的危險。北山還擁有便利的交通運輸條件，庫址距離鐵路只有七八十公里。此外北山的地質(zhì)條件非常優(yōu)越，這里地處地殼運動穩(wěn)定區(qū)，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(gòu)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。

核廢料中有不少放射性同位素，其放射性完全衰減往往需要上萬年甚至更長的時間。比如說，钚-239的半衰期為24000年，因此，處置庫選址時首先考慮的就是地殼穩(wěn)定，同時還要考慮地下水位的高低，避免多年后放射性同位素滲入地下水而隨之?dāng)U散。具體說選址分成兩方面，一是社會經(jīng)濟因素，二是自然條件。前一方面要考慮當(dāng)?shù)厝丝诘姆植迹?jīng)濟的發(fā)展，河流的分布，地上植被狀況；后一點就強調(diào)地殼穩(wěn)定，火山、地殼活動層等因素都要被充分考慮。因此，將中國永久性的高放核廢料處置庫放在西北是有科學(xué)道理的。

保障十萬年安全

為避免對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成不良影響，高放射性核廢料必須經(jīng)過嚴(yán)格的處理過程。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，最后將這些金屬罐放入位于地下500-1000米的處置庫內(nèi)。由于核廢料的半衰期從數(shù)萬年到10萬年不等，在選擇處置庫時必須確保其地質(zhì)條件能夠保障處置庫至少能在10萬年內(nèi)安全。

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(zhì)條件不穩(wěn)定的地區(qū)，但是只要不開采，這些鈾礦床并不會對地表環(huán)境造成什么影響。核廢料處置庫建設(shè)在一個沒有地質(zhì)斷層，地殼運動穩(wěn)定的地方，深度比鈾礦床要深很多，周圍又設(shè)有防護輻射的工程屏障，使其與外部環(huán)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(huán)境造成什么影響，那么專門建設(shè)的核廢料處置庫必然比天然的鈾礦床更加安全。

法國向日本運送核廢料的車輛運輸過程萬無一失

由于建設(shè)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(shù)千公里，核廢料的運輸過程需耗時一周左右，沿途還要經(jīng)過許多人口稠密的地區(qū)，因此核廢料的運輸安全問題也非常重要。

目前中國核廢料主要通過陸路運輸，長途使用火車，短途使用汽車，這也是目前世界各國核廢料運輸?shù)闹饕绞健＿@種運輸方式經(jīng)過幾十年發(fā)展，技術(shù)上已經(jīng)很成熟，從其他國家的經(jīng)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(yán)格的運輸程序和保障體系。

首先，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(jīng)過特殊改裝。其次，在選擇運輸路線時，有關(guān)部門將對沿途的道路、橋梁和沿線的地形、環(huán)境等因素進行詳細(xì)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(dǎo)引車、保衛(wèi)車以及其他一些保障車輛。先進的設(shè)備可以確保前后方通訊順暢，有關(guān)部門還將通過衛(wèi)星全程監(jiān)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。2003年底，大亞灣核電站的第一批核廢料由于廣東北龍?zhí)幹脠鑫磫⒂枚ㄟ^公路運輸運到西北處置場，前后四批都沒有出現(xiàn)意外。

建設(shè)核廢料處置庫的必要性

由于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里。如果我們不能及時建成核廢料處置庫，中國核工業(yè)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(xùn)。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(shù)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(jié)果直接導(dǎo)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(jīng)濟損失并使核電站業(yè)主狀告美國能源部。

我國的高放射性核廢料處置庫計劃在2030-2040年建成，可以說已經(jīng)相當(dāng)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(yù)算達(dá)962億美元。根據(jù)中國核電未來規(guī)模，中國高放射性核廢料處置庫將耗資數(shù)百億人民幣，容量足以容納中國核工業(yè)未來產(chǎn)生的所有高放射性核廢料。我們的處置庫將把核廢料永遠(yuǎn)地禁錮在地下深處。

俄羅斯的一個核廢料儲藏地，靠著從歐洲國家進口核廢料，俄羅斯賺了不少錢。

世界各國核廢料處理概況

美國是世界最大的核廢料產(chǎn)生國，上百個核電站每年產(chǎn)生約2000噸核廢料，其中高放射性的乏燃料分布在39個州的131個暫存地點。位于內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯西北150公里的尤卡山（Yucca Mountain），將會成為美國第一個核廢料處置場，該工程于1983年啟動，2133年關(guān)閉退役。預(yù)計要花費大約962億美元（籌劃、設(shè)計135億美元，基建、運營、退役548億美元，燃料轉(zhuǎn)運等195億美元，其它花費84億美元）?？少A存109300噸高放廢料。

迄今為止，美國能源部已經(jīng)花費了約60億美元來開發(fā)尤卡山核廢料處置場，包括建造了一條8000米長、穿越整個山區(qū)的U形隧道（其中有些部分在地面下近300米深）。美國能源部計劃在尤卡山再花至少500億美

元，用來建造幾十條支隧道，把核廢料封裝在形如運油車油箱的鋼制容器內(nèi)送進地下儲存隧道，在經(jīng)過

100年運營，儲存滿大約10萬噸核廢料后，將隧道永遠(yuǎn)封閉。

熱量是核廢料地下存儲的一個主要問題。一個核燃料組件剛從反應(yīng)堆出來時，它所含有的較短壽放射性同位素(主要是銫-137和鍶-90)產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于20個手持式吹風(fēng)機。正因為如此，如果將這種核廢料組件埋在尤卡山的地下，它所產(chǎn)生的熱量將足以將地下水蒸發(fā)為蒸汽。而蒸汽能腐蝕鋼制的核廢料容器或分解周圍的巖石，導(dǎo)致安全性問題。裝著核廢料的鋼制容器一旦被腐蝕，就意味著也許會有放射性物質(zhì)被滲入土地的雨水帶走，送到附近的灌溉系統(tǒng)和飲用水井中，使一代又一代的人在不知不覺中接觸到大量輻射。如果將核廢料散開存儲可以使熱量分散，但這樣做卻會導(dǎo)致存儲容量大大減少。還有放射性衰變的問題。高能粒子會和周圍的物質(zhì)相互作用，導(dǎo)致這些物質(zhì)分解或釋出氫，而氫是一種容易爆炸或燃燒的氣體。因此地下存儲核廢料是一個需要長期研究的課題。

俄羅斯是僅次于美國的世界第二大核廢料產(chǎn)生國。1995年，俄羅斯總統(tǒng)啟動了一個為期10年的計劃，用于研究長期處置核廢料，目前俄羅斯正在對兩個備選埋藏場地進行調(diào)查。這兩個場地都位于以前生產(chǎn)核武器工廠的附近：一個位于烏拉爾南部的馬雅克，另一個位于克拉斯諾雅爾斯克。政府還對另外兩個場所（一個位于科拉半島，另一個位于弗拉迪沃斯托克地區(qū)）展開調(diào)查。因此，將有4個地質(zhì)儲庫可用于儲放核廢料和高放廢料。到目前為止，俄羅斯已經(jīng)通過克拉斯諾亞爾斯克深井（красноярск）注入場所向深部地層處置了約500萬m3的低放和中等放射水平的廢液。

法國大約75%的電力來自核能。1991年法國政府開始進行固體核廢料處置的研究，到2006年向議會提交研究成果。法國政府目前考慮的核廢料處置場有三處，其中一個位于萊因河谷，但那里的葡萄酒商擔(dān)心會對其葡萄酒產(chǎn)生不良影響。

日本目前共有53個用于發(fā)電的核反應(yīng)堆，供應(yīng)全日本三分之一的電力，每年核反應(yīng)堆產(chǎn)生的乏燃料約為900噸。日本的中低放射核廢料主要存儲在茨城縣東海村和福井縣的設(shè)施內(nèi)。數(shù)十年來累計的核廢物儲存罐已經(jīng)超過30萬個，每個容量約200升。并且每年新增近1萬個核廢料儲存罐。為此日本政府每年要投入約570億日元（約6億美元）。1993年開始建設(shè)的青森縣六所村核廢料再處理工廠是專門負(fù)責(zé)對從日本全國核電站收集而來的乏燃料(經(jīng)核電站發(fā)電使用過的核燃料)進行钚、鈾等提取作業(yè)后，將所剩高放射性廢液進行玻璃固化的專門工廠。該廠原計劃2008年正式啟用，但因接二連三地發(fā)生技術(shù)性故障而至今無法正常運行。

2000年12月，芬蘭議會在對4個備選場所進行了15年的調(diào)查后，確定在芬蘭西海岸的Olkiluoto建設(shè)處置國家核廢料的埋藏地。芬蘭四個核電站中有兩個在這里。存放核廢料的銅密封罐將埋放到400—700米深處的基巖中，巖體由片巖、片麻巖、花崗巖組成，能儲存9000噸的核廢料，預(yù)計可使用40年。

世界各國高放射性廢物處置庫建設(shè)概況

美國 1983年開始選址 2020年后開始運行從選址到運行將耗費37年

日本 1976年開始選址 2040年后開始運行從選址到運行將耗費64年

加拿大 1973年開始選址 2025年后開始運行從選址到運行將耗費52年

德國 1965年開始選址 2008年后開始運行從選址到運行將耗費43年

瑞典 1976年開始選址 2020年后開始運行從選址到運行將耗費44年

芬蘭 1987年開始選址 2020年后開始運行從選址到運行將耗費33年

比利時 1974年開始選址 2050年后開始運行從選址到運行將耗費76年

英國 1976年開始選址 2035年后開始運行從選址到運行將耗費59年

瑞士 1980年開始選址 2020年后開始運行從選址到運行將耗費40年

西班牙 1986年開始選址 2015年后開始運行從選址到運行將耗費34年