[科普中国]-高放废物的处置

高放废物，是指放射性核素的含量或浓度高，释热量大，操作和运输过程中需要特殊屏蔽的放射性废物。高放废物的处置方式可分为地质处置和非地质处置两大类。地质处置包括海洋处置、海岛处置、冰盖处置、岩石熔化处置、深地质处置等。非地质处置主要是指核素分离与嬗变和宇宙处置。

高放废物主要来自核燃料后处理厂的高放废液及其固化体，以及直接当废物处置的乏燃料元件。高放废物具有极高的毒性和辐照水平，且有较强的释热率。高放废物处置比中、低放废物处置难得多1。

处置高废物处置的目的主要包括

1）使废物与人类隔离（10000a以上），人们不会有意或无意地接近这些废物；

2）使废物与循环的地下水隔离，切断最有可能将废物带到人类环境的通路。

20世纪60年代以来，各国科学家对高放废物处置进行了大量研究，提出了许多处置方案，包括深地质处置、海洋底部沉积层处置、宇宙处置、极地冰层处置等等。但目前能为人们接受并且切实可行的方案只有深地质处置。

深地质处置所谓深地质处置是指在深度300m以下的稳定地质层中，采用人工屏障和天然屏障相结合的多重屏障隔离体系将高放废物与人类生活圈长期安全隔离的一种处置方式。一座深地质处置库应该满足以下要求:

1）位于足够深处，以保护废物不受无意的或意外的闯入和极不寻常情况下的故意闯入。

2）位于可渗透性很低的主岩中，它或是干燥的，或其中的地下水流动非常慢。

3）位于地质稳定、地震强度小的地区

4）对放射性核素的流动和迁移提供物理和化学屏障

5）在废物隔离期内，废物包在物理和化学性质上保持与主岩相容。

6）位于至少在可预期的未来没有或很少有经济价值的地区。

深地质处置方法深地质处置方法是世界各国研究最多的一种置方法。深地质处置方法较多，下面介绍几种处置方法

1、深岩硐处置

所谓放射性废物深岩硐处置就是将高水平放射性物容器处置于地下（>300m）人工深岩硐中。该类深处置库分为地面设施和地下处置库两大部分。

（1）地面设施

地面设施包括办公大楼、废物容器包装工厂、物暂存库、车库、其他废物处理设施、竖井升降机操纵室、通风系统、污水处理系统、水供电系统和电视监测控制中心等。

（2）地下处置库

地下处置库主要由以下部分组成:

1）中央竖井大厅。位于中央主竖井地下终端，是地面器材、设备和工作人员进入地下库后的集散场所，也兼作货物的暂存室。

2）巷道。地下处置库各处置室的通道，有时兼作处置平巷。

3）处置室。处置废物的主要场所。

4）竖井，深处置库一般建有2个竖井，分别供工人员进出地下库，运输设备、器材，处置废物及地下通风之用。竖井是联接地面和下库的通道，在处置库建造期间，竖井也是向地面运输掘进碎石的通道。开凿一个地下置库约产生上亿吨碎石。

高水平放射性废物在地下处置库内的处置方式有3种:

1）将废物容器堆放在不同深度地下已有的巷、室和所有的空间，然后用黏土、水泥等回填材料填实容器之间的间隙。

2）将废物容器贮存在处置室底板上的许多深7～10m的钻孔内。每个钻孔可放置数个容器，容器的周围和顶部都用回填材料填实，然后封闭所有巷道和竖井。

3）将废物容器堆放在处置室之间支撑岩墙的水平处置孔内。将废物放入处置孔之前，预先向孔内放置一个抗侵蚀能力较强的金属套筒，在套筒与孔壁间回填入黏土、膨润土等，并压实，然后放入废物容器。在废物容器与金属套筒之间留有一定的空隙。这样，放射性核素从废物体中浸出，必须经过废物体、废物容器、空隙、金属套筒、回填材料、岩石等一系列屏障，起到了很好的阻滞作用。

2、高放废物深钻孔处置

高放废物深钻孔处置就是将高放废物容器存于数千米甚至上万米深的钻孔中，并在钻孔上部用黏土、石英、填料等封闭。根据现有水平，直径1m的大孔径钻孔可深达5km，直径30cm的钻孔可深达10km以上

高放废物深钻孔处置方法具有以下优点:

1）处置深度大，至少可将放射性废物放置1km以下深处，地下水的影响较小，不用担心放射性核素随地下水迁移至生物圈。

2）钻孔的钻井过程中，对岩石的扰动小，钻孔口易于封闭。

3）贮存于钻孔中的放射性核素衰变热的扩散空间大，散热迅速。

4）废物处置过程简单等。

但是，该处置方法也存在一定的缺点。例如，旦处置过程中发生故障将很难排除；贮存的废物量较少；在地下2～10km的深度，温度约为60～300℃，对贮存一些硼硅酸盐的玻璃固化体不利。

目前，该方法正处于进一步研究之中

3、岩石熔融处置

岩石熔融处置就是将高放废物或超铀废物置入深部钻孔或岩穴中，借放射性核素的衰变热，使放射性废物和围岩熔融成一个整体，冷却后成为固化体，从而达到永久处置高放废物的目的。

岩石熔融处置过程一般可分为以下4个阶段:

1）废物注入钻孔或岩穴，产生自沸腾，时间约为1个月至25a。

2）封闭钻孔或岩穴，随着废物释热和岩石温度上升，进入熔融阶段，其时间为废物注入钻孔或岩穴的25～90a。

3）废物与岩石熔融阶段。

4）熔融体的冷却

整个熔融处置过程需要几百年甚至上千年。废物与岩石的体积比约为1:1000。熔融处置的主要优点成本较低，技术简单，缺点是废物必须经过预处理，可能产生二次污染目前，该处置方法正处于理论研究之中。

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本词条内容贡献者为:

刘瑞桓 - 高级工程师 - 环境保护部核与辐射安全中心