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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 52546

中國的超級項目—核廢料處置庫

工程預算：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(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賬

根據(jù)清華大學核能研究設(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，按國家標準和國際原子能機構(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?，形成一個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?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)?？偩趾税踩c輻射環(huán)境管理司負責。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，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?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擴散。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?shù)厝丝诘姆植?，?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道理的。

保障十萬年安全

為避免對當?shù)丨h(huán)境造成不良影響，高放射性核廢料必須經(jīng)過嚴格的處理過程。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?。這種運輸方式經(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(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。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)生的熱量相當于20個手持式吹風機。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責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