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核废料的处理介绍

发布时间:2019-11-11 11:38 来源:未知 编辑:admin

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  核废料是核物质在核反应堆(原子炉)内燃烧后余留下来的核灰烬,具有极强烈的放射性,而且其半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年。也就是说,在几十万年后,这些核废料还能伤害人类和环境。所以如何安全、永久地处理核废料是科学家们一个重大的课题。

  科学家们说,安全、永久地处理核废料有两个必需条件:首先要安全、永久地将核废料封闭在一个容器里,并保证数万年内不泄露出放射性。科学家们为达到这个目的,曾经设想将核废料封在陶瓷容器里面,或者封在厚厚的玻璃容器里面。但科学实验证明,这些容器存入核废料在100年以内效果还是很理想。但100年以后,容器就经受不住放射线的猛烈轰击而发生爆裂,到那时,放射线就会散发到周围环境中,后果不堪设想。英国皇家科学院发现一种新型水晶可以经受得住放射线的强烈攻击,用它来生产贮藏核废料的容器,能够更大程度上保证安全。然而,要寻找到一种能够在几万年内,都忍受得住放射线辐射的物质,仍然是科学家们努力的方向。

  其次,要寻找一处安全、永久存放核废料的地点。这个地点要求物理环境特别稳定,长久地不受水和空气的侵蚀,并能经受住地震、火山、爆炸的冲击。科学家们实验证明,在花岗岩层、岩盐层以及粘土层可以有效地保证核废料容器数百年内不遭破坏。但数百年后,这些存放地点会不会发生破坏是无法预料的。科学家们建议,最好的方法是先在这样一个稳定地点挖一个数百米深的坑道存放核废料,待将来科学发达了,再寻找更好的办法处理这些“人类杀手”。 自从1945年人类进入核时代以来,小小的原子核如同一个不断释放出宝物的魔瓶,人类拥有了提供巨大能量的核电站、可以许多次环绕地球不停的核轮船、可以杀灭肿瘤的核仪器、可以探测太空的核飞船……但是,核废料的产生及对人类的长久威胁也恰恰说明,任何事物都有两面性。人类在享受大自然恩赐的同时,也要承担保护大自然的责任,否则将受到严厉的惩罚,但愿人类能够关爱好自己的这个家园。核废料的处理,国际上通常采用海洋和陆地两种方法处理核废料。一般是先经过冷却、干式储存,然后再将装有核废料的金属罐投入选定海域4000米以下的海底,或深埋于建在地下厚厚岩石层里的核废料处理库中。美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚等一些国家因幅员辽阔,荒原广袤,一般采用陆地深埋法。为了保证核废料得到安全处理,各国在投放时要接受国际监督。

  通常所说的核废料包括中低放射性核废料和高放射性核废料两类,前者主要指 核电站在发电过程中产生的具有放射性的废液、废物,占到了所有核废料的99%, 后者则是指从核电站反应堆芯中换出来的燃烧后的核燃料,因为其具有高度放射性 ,俗称为高放废料。

  中低放射性核废料危害较低,国际上通行的做法是在地面开挖深约10—20米的 壕沟,然后建好各种防辐射工程屏障,将密封好的核废料罐放入其中并掩埋,一段 时间后,这些废料中的放射性物质就会衰变成对人体无害的物质。这种方法经过几 十年的发展,技术已经十分成熟,安全性也有保障。目前我国已经建成两个中低放 射性核废料处置场,其中北龙中低放处置场位于广东省大亚湾附近,另外一个则建 在甘肃省某地。高放废料则含有多种对人体危害极大的高放射性元素。这些高放射性元素的半衰期长达数万年到十万年不等,如果不能妥善处置将会给当地环境带来毁灭性影响。上个世纪的冷战期间,原苏联出于成本等因素考虑,将核武器工厂产生的高放废料直接排入了附近的河流湖泊当中,造成了严重生态灾难。位于著名的原子能城车里雅宾斯克旁边的加腊苏湖曾经是野生动物的乐园,如今却因受到核废料污染变成了一潭死水,据俄罗斯环保专家称,该湖的生态环境在未来十几万年内都无法得到恢复。 自从上个世纪90年代中国的第一座核电站———秦山核电站投产发电以来,中 国核电事业在十几年间获得了飞速发展。根据来自核工业部门的最新资料,截止至2013年9月30日,我国投入商业运行的核电机组数量已达17台,核电总装机容量14833.79MWe。2013年,我国核电占总发电量1.97%。

  随着我国核电站数量的增加,中国东部经济发达地区能源短缺的巨大压力得到了有效缓解,但这些核电站在发电的同时也产生了大量的核废料。目前我国核电站每年产生150吨具有高度放射性的核废料,预计到2010年这些核废料的积存量将达到1000吨。由于高度放射性核废料对环境与人体都有极大的危害性,中国百姓对于核电安全性的关注也日益增强。为了全面了解中国高放射性核废料处理的详细情况 ,记者来到了核工业北京地质研究院环保中心,对中国高放射性核废料处理项目负责人王驹博士进行了专访。

  几十年来,世界各国对高放射性核废料处理技术进行了广泛的研究,经过对各 种方法评估比较后,深地质处置法成为最佳选择,即将高放射性核废料保存在深入 地下几百米处的特殊处置库内。由于核废料的高度危险性,一旦处置库选址不当, 将造成无法挽回的损失。因此核废料处置库选址必须非常慎重,需要综合考虑整个 国家的经济发展布局、人口分布、交通设施、候选地的地质、水文和气候条件等因 素。王驹博士告诉记者,一般来说,世界各国的核废料处置库都建在经济落后、人 烟稀少的地区。

  那么中国的核废料处置库最终将建在哪里呢?当记者提出这个问题时,王驹博 士起身走到办公室墙上的中国地图旁边,手指指向了位于中国西北部的一个地区, “这个地区叫北山,是我国高放射性核废料处置库的重点候选地之一”。

  谈到为什么选在这里,王驹博士用略带兴奋的语气说道,“北山的条件实在是 太好了,这里是一片与海南省面积相当的戈壁滩,人烟非常稀少,整个地区人口不 到1.2万人,可以说除了沙砾和枯黄的骆驼草以外,寂寞得连回声都没有。北山经济发展很落后,周围也没有什么矿产资源,建设核废料库对经济发展影响较小。这 里气候条件也很理想,全年降雨量只有70毫米,而蒸发量却达3000毫米,因此地下水位很低,也就减少了放射性元素随地下水扩散的危险。北山还拥有便利的交通运输条件,库址距离铁路也就七八十公里。此外北山的地质条件非常优越,这里地处地壳运动稳定区,库址所在地有着完整的花岗岩体,而花岗岩是对付辐射的最好的 ‘防护服’。国际原子能机构的专家们在北山进行考察之后称,北山是世界上最理想的核废料库址之一”。 当记者问到核废料处置库是否会对当地环境造成影响时,王驹博士信心十足地 表示处置库绝不会对当地造成不良影响。他向记者介绍了高放射性核废料的处理过程。

  这些核废料首先要被制成玻璃化的固体,然后被装入可屏蔽辐射的金属罐中, 最后人们将这些金属罐放入位于地下500—1000米的处置库内。由于核废料的半衰 期从数万年到10万年不等,在选择处置库时必须确保其地质条件能够保障处置库至 少能在10万年内安全。

  为了更好地消除记者的顾虑,王驹博士做了一个形象的对比,“为核电站提供 核燃料的铀矿矿藏一般都蕴藏在断层较多、地质条件不稳定的地区,但是只要我们 不开采它们,这些铀矿床并不会对地表环境造成什么影响。我们的核废料处置库建 设在一个没有地质断层,地壳运动稳定的地方,深度比铀矿床要深很多,周围又设 有防护辐射的工程屏障,使其与外部环境相隔离。既然与地表隔离条件不好的铀矿 床都不会对地表环境造成什么影响,那么我们专门建设的核废料处置库必然比天然 的铀矿床更加安全”。 由于建设在东南沿海的核电站与位于西北的核废料处置库之间相隔数千公里, 核废料的运输过程需耗时一周左右,沿途还要经过许多人口稠密的地区,因此核废 料的运输安全问题引起了记者的关注。

  谈到这个问题,王驹博士告诉记者完全不用担心。他介绍说,中国核废料主要 通过陆路运输,长途使用火车运输,短途使用汽车运输,这也是世界各国核废 料运输的主要方式。这种运输方式经过几十年发展,技术上已经很成熟,从其他国 家的经验看,这种方式有着长期的安全记录。中国在核废料的运输方面也有一套严 格的运输程序和保障体系。

  核废料将被装入特殊的罐状运输容器,这种容器可以有效屏蔽辐射,运 输核废料的火车车厢和汽车也必须经过特殊改装。其次,在选择运输路线时,有关 部门将对沿途的道路、桥梁和沿线的地形、环境等因素进行详细分析比较,选择出 最安全的线路。在运送过程中,武警部队将对运输核废料的车队进行全程武装押运 ,车队还配备有专门的导引车、保卫车以及其他一些保障车辆。先进的设备可以确 保前后方通讯顺畅,有关部门还将通过卫星全程监控运输车队,随时掌握车队位置 。车队启程前还要通知沿途各地公安、交通部门做好各项配合工作,所有这些措施 将保证核废料的运输过程万无一失。 记者在采访中了解到,在核废料处置库建成之前,所有的高放射性核废料只能暂存在核电站的硼水池中。如果我们不能及时建成核废料处置库,中国核工业将面临着核废料无处存放的境地。

  在这方面,美国曾有过惨痛的教训。美国原计划在1998年建成高放射性核废料处置库,但由于技术难度过高,尽管美国政府投入了大量财力、人力进行研究,最终还是不得不将建成时间延长至2010年。这一结果直接导致了美国40多个核电站储存核废料的水池全部爆满,造成了巨大经济损失并使核电站业主状告美国能源部。

  我国计划在2030—2040年完成处置库的建设,可以说时间已经相当紧迫。同时 ,高放射性核废料处置库又是一项耗资巨大的工程,以美国为例,其尤卡山核废料 处置库工程预算达437亿美元,北欧国家瑞典为了建设核废料处置库也花费了200多 亿人民币。

  根据中国核电未来规模,王驹博士估计中国高放射性核废料处置库将耗资数百 亿人民币。他告诉记者,“由于建设成本过于昂贵,我们只能建设一个核废料处置 库,但是中国核废料处置库的容量足以容纳中国核工业未来产生的所有高放射性核 废料。我们的处置库将把核废料这个‘恶魔’永远地禁锢在地下深处”。

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