放射性废物处理与处置

1. 放射性废物处理与处置 李全伟 西南科技大学国防科技学院 核废物与环境安全国防重点学科实验室

2. 目录一 • 课程安排：48/36学时－8/6周 • 第一章 放射性废物管理内容和原则 • 第二章 放射性废物的分类 • 第三章 放射性废物的产生和废物最小化 • 第四章 气载和液体低中放废物的处理 • 第五章 废物的减容处理——焚烧和压实 • 第六章 低中放废物固化技术 • 第七章 高放废液的固化与分离

3. 目录二 • 课程安排：48/36学时－8/6周 • 第八章 放射性污染的去污 • 第九章 核设施的退役 • 第十章 低、中放和极低放废物的处置 • 第十一章 高放废物处置 • 第十二章 核电站废物的处理 • 第十三章 核技术利用废物和废旧放射源的管理

4. 放射性废物处理与处置 内容提要 • 9、核设施的退役（p185~219） • 9.1 退役计划和准备 • 9.2 源项调查和监控测量 • 9.3 切割解体和场址清污 • 9.4 退役废物管理 • 9.5 退役的安全问题 • 9.6 退役活动和经验

5. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • IAEA估计，全世界约有2800座核设施需要在未来的几十年中退役。 • 大型核设施的退役，是周期长、涉及面广、投资高的大型工程，需要几年甚至上百年的时间，复杂性往往超过新建一座核设施。 • 是核科技工程界当前研发的重点之一。

6. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 9.1 退役计划和准备 • 退役定义：核设施从服役进入有计划的永久退出服役（解除审管控制，以保护工作人员、公众和环境的安全）所需做的工作。 • 最终目标：无限制或有限制开放和利用场址。 • 退役策略 • 立即拆除：40a，核燃料循环前后段工厂 • 延缓拆除：50～100a，大型反应堆

7. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 就地埋葬：有条件的策略。严重事故的核设施如切尔诺贝利4号堆；大型核基地如美国汉福特10个生产堆和5个后处理厂。 • 表9-2 不同核设施的退役策略 • 三大因素： • 政治、社会、地理因素 • 技术因素 • 经济因素

8. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • IAEA早先规定的退役“三步曲”： （1）一级退役：监护封存期。设备倒空、清洗、去污、管线封堵，适当进排风；对厂房内外监测并定期检查。 （2）二级退役：局部拆除期。设备部分拆除，人员进出不需监测，不需进排风；对防污染屏障抽样监测，定期环境检查，厂址有限制开放。 （3）三级退役：最终处置期。设施全部拆除，设备全部运走，不需监测检查，厂址无限制使用。

9. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 退役的认识误区 • 退役核设施封存时间越长，辐射水平降得越低，退役成本就越小。 • 就地埋葬方法最简单可行，应优先考虑采用。 • 退役是核设施关闭之后考虑的事，不必过早考虑。 • 必须在彻底去污之后启动核设施退役。

10. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 退役计划：退役目标、退役程序、时间进度、预计废物量、工作人员受照剂量和费用估算。 • 预先保留辅助设施和熟悉的人员。 • 退役工程立项：可行性研究报告、安全分析报告、环境影响评价报告和质量保证大纲。 • 组织领导机构和职责： • 审管部门 • 营运者 • 设计和监理

11. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 人员培训：技术专家、懂技术的管理人员、熟悉有关操作的工人。 • 课程培训 • 模拟操作培训：计算机虚拟或实际模型的过程模拟。德国KNK堆、英国WARG堆、比利时BRS堆退役时，做了全尺寸模拟试验，培训了操作人员和试验了远距离操作机具。 • 示范工程与数据库 • 通过示范退役工程，建立数据库，开发计算机软件。

12. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 9.2 源项调查和监控测量 • 掌握核设施内的放射性总量、分布情况和衰减特性。 • 源项调查的目的 • 放射性水平 • 易裂变物质和放射源 • 放射性污染分布 • 放射性核素种类、组成和数量 • 其它危险物质

13. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 源项调查的方法 • 文档调查 • 计算 • 现场调查 • 监测设备和方法 • 活度测量、能谱测量和剂量测量 • 气体电离探测器、闪烁探测器、半导体探测器和固体探测器。

14. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 堆化厂的源项调查 • 后处理厂：溶液样品分析、仪表探测。 • 核反应堆： • ①结构材料中的中子活化产物； • ②控制棒等活动部件； • ③冷却回路积存的腐蚀产物活化； • ①②计算，③取样分析。

15. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 清洁解控和再循环/再利用的监控测量 • 污染核素是若干种核素的混合物，可按下列公式来判断是否容许被解控： • 式中， －放射性核素在材料中的浓度（Bq/g） • Cli——放射性核素i在材料中的清洁解控水平（Bq/g）； • n—材料中放射性污染核素的的种类数；

16. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 9.3 切割解体和场址清污 • 切割解体 • 切割技术和工具：表9-3 各种切割技术 • 切割工具选择原则：安全、经济、可靠 • 混凝土切割：爆破、钻孔、岩石分裂、金刚石锯、高压水喷射切割、火焰喷枪切割等。 • 金属切割：等离子体弧、电弧锯、线性定向爆破等 • 切割操作实践经验

17. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 拆卸 • 设计好气流、物流和人流的合理走向，防止气溶胶的扩散污染。 • 整体拆运 • 去污→切割解体→废物处理→包装→运输→处置 • 简化为：去污→运输→处置

18. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 反应堆石墨的拆卸、切割和包装 • 数量大 • 活度大 • 含有长寿命核素14C和36Cl • 石墨受辐照，积累高潜能 • 目前尚未找到满意的方法

19. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 贮槽清污 • 贮槽底部淤泥的去除 • 排空贮槽的处置 • 美国浇注水泥浆的就地处置试验 • 场址清污 • 场址清污净化到什么水平，取决于退役总目标 • 土壤的清污 • 地下水的清污

20. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 就地玻璃固化 • 基本原理：把石墨电极插入地下，通过电流产生高温（1600～2000℃），熔化周围土壤，电极附近区域形成熔池（图9-4），最后形成整体结构的玻璃体，把放射性核素和重金属元素包容其中。 • 美国已用于整治被农药和重金属污染的场地。

21. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 9.4 退役废物管理 • 废物来源：废气－切割和去污；废液－去污和冲洗；固废－拆除和固化。 • 退役废物管理的主要环节： • 废物最小化：有很多措施（p206） • 废物分类 • 废物包装 • 废物出路 • 临界事故和燃爆事故 • 非放危险物质

22. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 退役废物的特点： （1）绝大部分的是低放固体废物； （2）数量和体积庞大，组分复杂； （3）污染较牢固，不易去除，活化产物不可能分离与去除。 • 确定废物处置的方法和运输路线，避免废物“搬家”。

23. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 退役废物的处理要点 • 严格分类：减少需要处理的废物体积。 • 技术减容：使其体积进一步缩小，如石墨焚烧后仅占原体积的2%；超级水压机可减容90％。 • 尽量利用：轻度污染的废钢材重新冶炼；轻度污染的工具、器材和建筑物重新使用。

24. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 9.5 退役的安全问题 • 辐射安全 • 辐射防护三原则 • 退役是使关闭的核设施达到无限制开放或使用，不给公众和环境带来危害，是必须安排的活动，所以该实践是正当的。 • ——强放场合的去污和拆除 • ——操作α放射性的人员 • ——退役对氚的内照射防护

25. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 核安全 • 工业安全 • 环境安全：减少排放，安全处置，杜绝事故。 • 应急预案 • 安全保障

26. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 9.6 退役活动和经验 • 研究堆退役：650座，200多座将退役； • 核电站退役 • 后处理厂的退役 • 后处理厂的退役有许多特殊性； • 表9-14 几个后处理厂退役情况 • 乏燃料水池的退役

27. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 前处理工厂的退役 • 铀扩散厂的退役 • 燃料元件厂退役 • 钚部件工厂退役 • 加速器退役：初级粒子在加速器内碰撞、束流传输与靶件相互作用，产生次级中子或光子，使混凝土和金属部件活化，活化混凝土深度可达十几到几十厘米。 • 热室退役

28. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 核基地退役 • 青海省海晏县金银滩，第一个核武器研制基地，用5年时间成功完成了退役，1993年通过了国家验收，实现无限制开放使用。 • 核试验基地退役

29. 海晏县金银滩的核武器基地221厂

30. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 退役技术的发展趋势 • 专用去污技术 ：各种材质表面（金属、油漆、塑料、混凝土等）去污技术；大面积（墙面、地面、设备表面等）去污技术；大容积（贮槽、箱室、池、井、地沟等）去污技术；针对不同污染类型（α、β、γ）的高效去污剂和去污方法研究；金属熔炼去污与减容技术；污染固定技术。

31. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 专用拆除技术：高效切割技术（对金属、塑料、混凝土构筑物局部）；控制爆破技术（构筑物整体或局部）；高效压缩（减容）技术等；高效封闭材料和封闭技术。 • 废物处理与整备技术：金属废物的处理技术；建筑废物的处理技术；局部区域的气体净化技术；废物容器及包装物的研究等。 • 环境恢复与监测技术：环境整治技术；环境恢复技术；环境监测技术。

32. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 核设施退役小结 • 核设施退役是指核设施服务期满或按规定终止生产后，有计划地采取必要措施使其永久退出现役的过程。 • 退役策略有立即拆除、延缓拆除、就地埋葬。 • 主要步骤是去污、拆除、废物处理与处置、环境恢复与监测等。 • 核设施退役工程是一个涉及多领域的综合性工程，目前在世界范围仍处于探索实施阶段。

33. 放射性废物处理与处置第九章 核设施的退役 • 退役工作的未来 • 退役是核事业发展的重要一环，是必需做好的事情。 • 退役从电费中预付，是有钱的。退役总费用大约是电站投资的10～20％，占电力成本的2～5％。 • 退役即将成为一种产业，退役技术大有可为。

34. 第九章完