[科普中国]-低放射性废物

简介

放射性废物是指含有放射性核素或被放射性核素污染，其放射性浓度或比活度超过国家规定限值的废弃物。放射性废物是指含有放射性核素或被放射性核素污染，其放射性浓度或活度大于审管机构确定的清洁解控水平，并且预期不再使用的物质。

放射性废物根据放射性水平可分为：低放废物、中放废物、高放废物2。

低放射性废物是放射性废物中体积最大的一类3，可占总体积的95%，其活度仅占总活度的0．05%。适用于低放射性废物的处置方式有：浅地层处置、岩洞处置、深地层处置等。浅地层通常指地表面以下几十米处。我国规定为50m以内的地层。浅地层可用在没有回取意图的情况下处置低中水平的短寿命放射性废物，其中长寿命核素的数量必须严格控制，使得经过一定时期(例如几百到一千年)之后，场地可以向公众开放3。低放射性废物的处置与高放射性废物类似也要采用多重屏障，我国核能工业不断发展，而且几十年的军工生产也遗留了不少低放射性废物，对此也计划采取浅地层方式予以妥善处理。

放射性废物的分类和来源放射性废物的分类1

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核燃料循环中放射性废物的来源4

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如果低放射性废物同其他有害化学品混在一起，则在处理、储藏和废弃处置时必须同时满足低放射性废物和有害化学品的监管要求。在技术上，各国对低放射性废物的放射性有不同的数值定义。国际原子能机构提供划分方面的指导。

低放废物固化技术固化的定义：在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。

放射性蒸发残渣、泥浆和废树脂等湿固体和焚烧炉灰等干固体，都是弥散性物质，需要固化处理。

通常，固化的途径是将放射性核素通过化学转变，引入到某种稳定固体物质的晶格中去，或者通过物理过程把放射性核素直接掺入到惰性基材中。

固化的目标是使废物转变成适宜于最终处置的稳定的废物体。

固化材料及固化工艺的选择应保证固化体的质量，应能满足长期安全处置的要求，应满足进行工业规模生产的需要，对废物的包容量要大，工艺过程及设备应简单、可靠、安全、经济。

理想的废物固化体要具有阻止所含放射性核素释放的特性，其一般要求如下：

（1）低浸出率：这种特性使放射性污染的扩散减至最小，固化体可长时间的存放在地下处置库甚至水中。

n浸出率为确定固化产品中放射性核素在水或其他溶液中析出情况的一项指标。国际原子能机构（IAEA）于1969年加以确定，并定义为：

（2）高导热率：这种特性，使得整个固化体因内部温度过高而损坏的可能性减至最小，因而容许固化高浓度的放射性废物，而又不致产生过高的内部温度。

（3）高的耐辐射性：这种特性保证了固化体不致由于放射性废物产生的辐射而损坏。

（4）高化学稳定性和耐腐蚀性：具有良好的化学、生物稳定性；这种特性保证了固化体不致由于周围环境介质的腐蚀或本身所含有的化学物质的腐蚀而损坏。

（5）高的机械强度：具有足够的机械强度；这种特性保证了固化体在装卸、运输、处置期间的结构完整性，而不致出现破裂或粉碎。

（6）高的减容比：最终的固化物体积应尽可能小于掺入的废物体积，减容比的大小实际上取决于能嵌入固体中的废物和可以接受的水平。减容比是鉴别固化方法和衡量最终处置成本的一项重要指标。其定义为：

CR=V1/ V2

CR——固化减容比； V1——固化前废物体积； V2——固化后产品体积；

（7）对固化工艺的一般要求：对中、低放废物的固化，操作过程应简单，处理费用应低廉。高放废物的固化应能进行远距离控制和维修。

低放废物常采用水泥固化、沥青固化及塑料固化工艺进行固化，高放废物常采用玻璃或陶瓷固化工艺进行固化。

水泥固化水泥固化原理5：水泥是一种无机胶结剂，经水化反应后可形成坚硬的水泥块，能将砂、石等骨料牢固地凝结在一起。水泥固化放射性废物就是利用水泥的这一特性。不适合水泥固化的废物： 放射性水平高,含易挥发核素 ,金属腐蚀或辐射分解产生气体等

优缺点：抗压强度高，自屏蔽能力强，耐辐射和耐热性能好，工艺设备简单，投资少。增容1.5～2倍，放射性核素的浸出率较高。 水泥：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，高铝水泥等，可根据废物的种类、性质进行选择。 添加剂：沸石（Cs）、硅灰（Sr）、粉煤灰（流动性）等（见表6-2）。

沥青固化沥青固化原理4：以熔融沥青或乳化沥青为固化剂，与放射性废物在一定的温度、配料比、碱度和搅拌作用下均匀混合，同时蒸发除去水分，使废物均匀地包容在沥青中，最后装桶、冷却获得稳定的固化体。 废物包容量为40%～60%（质量分数）

软化点：>60℃沥青软化，发生分离和沉降； 含硝酸盐加速沥青氧化，重金属会对沥青氧化起催化作用。 我国沥青来自原油蒸馏残渣，主要成分由油分、胶质、沥青质、沥青酸酐和石蜡等组成。沥青属于憎水性物质，具有良好的黏结性和化学稳定性，对大多数酸、碱、盐类有一定的耐腐蚀性。此外，它还具有一定的辐射稳定性。

塑料固化又称聚合物固化5，有热塑性塑料固化和热固性塑料固化两种。 n塑料固化原理：以塑料为固化剂，与放射性废物按一定比例配料，加入适量引发剂、催化剂、硬化剂和促进剂进行搅拌混合，使其发生聚合反应，将废物包容形成具有一定强度的稳定性固化体。

改进的低放废物固化处理技术（1）可移动处理装置4

（2）玻璃固化低中放废物：实现废物最小化，获得优质的固化产品。

（3）压实固化：35MPa压力下压缩到0.5h；

热压固化：加热～300℃，加压～30MPa，保持20～30min；德国热压处理废树脂。

（4）改进废树脂固化技术

解决树脂固化溶胀的办法：对树脂做预处理 n降低树脂包容量，不超过16% ,增加水泥基体的抗胀强度。

（5）高整体性容器直接包装和处置

耐久300年

水力压裂法水力压裂地下水泥固化机理：选择地下200～400米适宜场址，应用石油工业成熟的压裂技术和设备，把低中放废液和水泥及添加剂制成的灰浆注入地下封闭的透水性很低的页岩层中，待其凝固后与页岩形成一个整体，使放射性废物与人类环境安全隔离。

大体积浇注法是水泥固化和近地表处置相结合的一种方法，适用于核燃料后处理中产生的大量低、中放废液的处理处置。 工艺过程：中放废液从接受槽送到位于浇注池上部的泥浆混合器中，搅拌混合均匀的废物泥浆通过重力流入浇注池，浇注几天后，当固化体表面泌水消失，固化体终凝且中心温度低于30℃后，在固化体上面浇注500mm厚的干净水泥浆封顶，搅拌槽也填埋于中。