全球高放废物处置库建设进展



全球高放废物处置库建设进展

【本刊2016年8月综合报道】每个核电国家目前均面临一项严峻挑战，即为危险的核废物尤其是乏燃料和高放废物寻找永久性解决方案。目前的常用方法是进行中间贮存。但出于技术、安全和安保方面的原因，这不是一个令人满意的长期解决方案。美国、俄罗斯、法国、英国、日本、韩国、德国、芬兰、瑞典、瑞士、阿根廷、比利时、捷克等国均承诺未来将在适当的地层中对乏燃料和高放废物进行永久性地质处置。

这些国家明确这一政策已经有数十年了，但目前还没有一个国家启动地质处置库的建设工作。这是为什么呢？

在设计和建设地质处置库时，必须确保废物能在未来数十万年内得到安全处置。因此，处置库建设项目是一个不同于任何其他项目的重大基础设施建设项目，涉及选址和公众态度等具有复杂性和多样性的问题，相关国家因此迟迟未能启动处置库的建设。

在建设处置库之前，首先需要选定拥有适当地质条件的场址并获得当地居民的支持。美国和英国的实践证明，找到同时符合这两项要求的场址十分困难。但是，斯堪的纳维亚的经验表明，采用不匆忙、及时通报相关信息并不断磋商的方法，能够使相关社区自愿提供处置库候选场址。

斯堪的纳维亚的经验

芬兰在处置库建设方面已走在世界前列。芬兰政府2015年11月12日向波西瓦公司(Posiva)发放建设许可证，允许该公司在奥尔基洛托附近的埃乌拉约基(Eurajoki)建设乏燃料最终处置库。这是全球迄今发放的首份乏燃料最终处置库建设许可证。预计芬兰处置库将在2016年下半年启动建设，2023年投运，能够容纳6500吨铀乏燃料。

芬兰1983年启动了处置库的选址程序。当时，核电运营商列出了一张适合建设深层地质处置库的场址清单，其中列出了101个候选场址。在与相关社区进行4年磋商之后，选择5个候选场址进行详细地质调查，从而将候选场址数量缩减为3个。

在政府批准建设处置库之前，需要获得地方市政机构的同意以及监管机构的支持。在选址程序中，候选场址所在地区的议会有权以投票方式决定是否继续支持处置库的建设。

2001年，已经在奥尔基洛托拥有2台在运核电机组的埃乌拉约基议会决定同意在本地建设处置库。随后芬兰国会批准了这一决定。当地社区不会因为提供场址而直接从处置库开发商处获得奖励或补偿，但能够通过收取核设施地方财产税(税率高于平均税率)获益。

芬兰的邻国瑞典也已明确处置库场址。与芬兰类似，结晶基岩可为处置库提供适宜的地质环境。1992年，瑞典核燃料与废物管理公司(SKB)与286个地方议会联系，开展相关解释工作，并邀请地方议会提出成为候选场址的自愿申请。当时虽然有2个地方议会表示感兴趣，但在民意调查之后，没有地区提出自愿申请。此后，核燃料与废物管理公司改变战略，将工作重点放在核电厂附近的地区。

核燃料与废物管理公司与相关地区议会进行接触，看看他们是否反对开展可行性研究。这被证明是一种卓有成效的方法，共有三个地区优先进行场址调查。之后，一个地区决定退出选址程序，另两个地区则同意进行进一步调查。2009年，东哈马尔(Östhammars)福什马克(Forsmark)被选定为首选场址。这一地点也是核燃料与废物管理公司短寿命放射性废物处置库场址。这座处置库1988年投运，在低于波罗的海50米的巷道中处置短寿命放射性废物。

核燃料与废物管理公司2011年3月向瑞典辐射安全管理局(SSM)提交了乏燃料处置库的建设申请。辐安局2016年6月表示支持处置库的建设申请。预计辐安局将在2017年公布其对处置库建设的最终意见(详见本刊2016年第7期相关报道)，处置库将在21世纪20年代初的某个时间启动建设，并耗时10年建成。

工程壮举

地质处置库能够在拥有稳定地质构造的地下深层实现核材料与近地表环境的隔离。除了利用现有的天然屏障，还需要使用专设屏障。对处置库的另一项要求是，后代不需要对处置库采取主动维护行动。这一要求主要基于一个假设，即一旦装满废物，处置库将被永久密封。

芬兰和瑞典的拟建处置库均基于瑞典核燃料与废物管理公司开发的KBS-3方案。

这一方案主要基于多重屏障原理，即将放射性废物包裹在多重保护屏障中，一重屏障的故障以及不可预计的地质或其他变化不会使放射性物质暴露在环境中。

在处置过程中，首先将乏燃料装入铜制最终处置容器，然后将容器运至位于地下约400～500米深的岩层中，并放入带有膨润土缓冲层的沉积孔(见图1)。因此，在完成处置后，放射性物质将被密封在四重屏障(见图2)中：

1—最终处置容器；2—膨润土缓冲层；3—巷道回填；4—基岩图1　芬兰拟采用的处置方案

图2　防止放射性物质泄漏的四重屏障

· 处于陶瓷形态的燃料本身构成了第一重屏障。铀位于气密的金属棒中，呈固体状，仅能以极慢的速度溶于水，这将放慢放射性物质的释放速度。

· 最终处置容器构成了第二重屏障。燃料被装在气密且耐腐蚀的铜和铸铁制容器中。这种容器将保护燃料组件，使其免受深层基岩的机械应力。

· 膨润土缓冲层是第三重屏障，能够保护容器免受基岩中的任何潜在颠簸，并放慢容器周边的水流速度。

· 基岩是第四重屏障，能够确保容器和膨润土的周边环境仅发生微小且可预见的变化。深层基岩可使废物容器免受任何地表变化的影响，并远离人类正常的居住环境。

其他欧洲国家

全球第一个用于研究深层粘土适宜性的地下岩石实验室即Hades实验室于1984年在比利时摩尔(Mol)建立。Hades位于Boom粘土层的地下225米深处，是一座研究设施，并且没有在该实验室所在地建设最终处置库的计划。比利时也没有选定高放废物处置库的场址，虽然该国设定了在2035年启动处置库建设的目标。

俄罗斯正在克拉斯诺雅尔斯克(Krasnoyarsk)地区的花岗岩或片麻岩层中建设一座地下实验室。这座实验室未来可能会转变为一座处置库。俄还在科拉半岛的多个场址研究建设最终处置库的可行性。

法国20世纪80年代启动处置库的选址工作。但由于当地社区未参加或未与当地社区磋商，此次选址失败。1991年有关核废物研发的巴塔耶法(Bataille Act)建立了一个明确的政治决策过程，要求在作出有关长期废物管理的任何决定前开展长达15年的研发工作。该法设定一个程序，要求在将相关地区纳入自愿者清单之前，通过地方议会投票决定是否进行初步地表调查。

1996年，有三个场址提交建设地下实验室的申请。在召开了公共听证会之后，政府确定在下述两个场址开展调查工作：布尔(Bure)场址和一个未指明的花岗岩场址。2010年，在完成广泛的干系人咨询后，政府批准在布尔建设地下处置设施，该设施目前是法国国家放射性废物管理机构(Andra)的地下研究设施。

放射性废物管理机构正在开展深层地质处置库的设计工作。这座处置库将建在法国东部布尔的粘土层中，将处置玻璃固化高放废物和长寿命中放废物。初步设计已经完成，2016—2017年的详细设计工作将为编制处置库建设申请提供数据。如果获得许可，将在2020年启动处置库建设。该处置库将以可回取的方式处置废物，最终处置的废物数量将取决于政治选择。但是该中心将被设计成可满足所有可能的废物处置要求。

该处置库的地面设施将占地约300公顷，分布在相距数千米的2个场区中。将以模块化的方式建设地下贮存设施，设施最终的覆盖面积将为15平方千米。在最终关闭之前，该处置库将运行100年时间。

英国是一个人口稠密的岛国，地质条件极其多样，寻找适宜并可接受的处置库场址具有挑战性。英国20世纪的选址工作曾选出多个潜在候选场址。21世纪的选址工作包括社区参与，并基于自愿原则。根据这一原则，候选场址所在地区可以在任何时候决定退出选址程序。由于坎布里亚郡议会2013年1月投票反对继续在其辖区内推进选址工作，英国的处置库选址工作重回起点(详见本刊2013年第3期相关报道)。

在全国范围内完成了一次广泛选址程序之后，德国下萨克森州政府1977年宣布，将在戈莱本(Gorleben)建设放射性废物国家处置中心。目前戈莱本被认为是高放废物处置库的候选场址。

德国在1979—2000年间曾花费15亿欧元研究戈莱本是否适于处置高放废物。这项工作2002年因政治因素暂停。但换届后的政府2009年批准恢复该场址的研究工作。预计政府将在2019年前后作出该场址是否适合建设最终处置库的决定。

此外，还提出在多个地点的Opalinus粘土层中建设高放废物处置库的建议。新的处置库建设标准于2009年生效，替代了1983年的旧标准。根据新标准，相关机构仅能基于科学论证结果(即处置库能够在100万年内确保废物的安全)发放高放废物处置库许可证，而且废物在处置库的整个运行期间都必须是可回取的。

2013年4月，德国环境部宣布将启动处置库的新选址程序，以便未来能根据联邦和州政府与反对派达成的一份妥协协议处置本国的高放废物。

2014年5月，德国组建一个由32名委员组成的委员会，专门负责研究处置库的新选址程序。该委员会将编制用于评价选址法律的准则、程序和决策依据，并提出有关公众参与和透明度的建议。

开展两年多研究工作之后，委员会2016年7月向政府提交最终报告，为在地质处置库中处置高放废物提出相关建议。根据最终报告，“最安全”场址应根据一个分为三个阶段的程序进行选择，并由联邦法律确定。在选址过程中，应有地区、跨地区和国家层面的机构的广泛公开参与。处置库可能位于岩盐层、粘土层或结晶岩层中。委员会表示，报告中未排除下萨克森州“具有争议的”戈莱本岩盐层。

在早期的中低放废物处置库选址工作遭遇挫折之后，瑞士建立了新选址程序以建设两座处置库：一座中低放废物处置库以及一座高放废物和乏燃料处置库。这一新程序基于在各地开展的咨询工作。

瑞士国家放射性废物处置合作公司(Nagra)2015年1月选择在三个地区开展中放废物和高放废物处置库的进一步研究。这三个地区的主岩均为Opalinus粘土。放射性废物处置合作公司将在2022年前后完成选址工作。联邦议会将在2029年前做出有关处置库许可证的决定。预计中低放废物处置库将在2050年前后启动建设，高放废物处置库将在此10年后启动建设。

美国重新启动

在核电工业启动发展之后不久，美国国家科学院1957年召开了一次主要由科学家和工程师参加的会议，讨论源自商业核反应堆和国防核计划的长寿命高放废物的永久处置问题。会议结论是，在深层古盐矿床的矿井中处置是实际可行的。理由是盐矿床没有被地下水溶解，它们在其整个历史时空中已实现与近地表环境的隔离。此外，盐矿床具有塑性，能够缓慢填充任何空隙，因此能最终包封在矿井中处置的任何废物。但是，没有找到适宜的盐矿床场址。

此后，美国将选址范围扩大到拥有核设施或国防设施的任何场址，无论这些场址的岩石类型是什么。1987年，毗邻内华达试验场的尤卡山(Yucca Mountain)被指定为处置库场址。该处置库将处理源自民用核电厂和国防核计划的高放废物和乏燃料。

拟建处置库将位于火山凝灰岩层的地下300米深处，比地下水位高300米。废物将被装入带有双层外壳的金属容器中：外壳使用耐腐蚀的合金制造，内壳使用具有结构强度的不锈钢制造。将不会回填干旱的地质构造，以允许空气流通。

在1987年之后的30多年，该项目经历了多次拖延。虽然美国能源部(DOE)2008年6月向核管会(NRC)提交了尤卡山处置库建设和运行联合申请，但奥巴马政府2009年决定取消这一项目。此后，核管会暂停了对这一申请的评审。在美国联邦上诉法院于2013年8月13日裁定核管会暂停评审为非法之后，核管会重新启动了这一评审过程，并最终于2015年1月29日公布了尤卡山地质处置库的最后两卷安全评价报告(共计五卷)，从而完成了对尤卡山处置库申请的技术安全评审(详见本刊2015年第2期相关报道)。

应奥巴马总统的要求，美国能源部2010年初组建蓝带委员会，对美国的乏燃料与高放废物管理与处置计划进行全面评审，并提出相关建议。该委员会2012年1月向能源部提交最终报告。能源部根据委员会报告编制《乏燃料与高放废物管理和处置战略》并于2013年初公布，为制订乏燃料与高放废物管理和处置计划提供了框架，指明了乏燃料与高放废物管理和处置战略的3个组成要素，即基于共识的设施选址、系统设计以及管理与筹资(详见本刊2013年第2期相关报道)。能源部2015年12月21日正式开始接收对高放废物和乏燃料处置场址的建议，从而启动了基于共识的处置库选址倡议。这意味着美国在应对核废物管理挑战方面迈出了重要一步。

与此同时，美国废物隔离中间工厂(WIPP)1999年投运。WIPP是全球唯一一座现役长寿命核废物深层地质处置库。它位于新墨西哥州埃迪县(Eddy County)卡尔斯巴德(Carlsbad)东南约26英里，处于2000英尺深的古老盐床中。WIPP是一座能源部设施，仅接收国防超铀废物，即过去的核武器计划产生的不被认为是高放废物但含有长寿命超铀元素(例如钚)的核废物。

其他国家

包括加拿大、日本、韩国在内的其他核电国家已承诺建设高放废物的深层地质处置库，并已启动相关工作。

加拿大核废物管理组织(NWMO)2010年启动被称为“适应性分阶段管理”(APM)的乏燃料深层地质处置库选址程序。根据废物管理组织网站提供的信息，处置库的选址和建设将分为九个阶段(详见本刊2015年第1期相关报道)。目前核废物管理组织正在对8个地区进行研究，下一步工作将是进行更详细的场址研究和选择，并获得当地居民的认可。

日本1996年在瑞浪(Mizunami)建设一座地下实验室，2000年组建负责核废物处置的机构——原子力发电环境整备机构(NUMO)。预计日本将在2025年前明确处置库场址。之后，将启动处置库建设，并在2033—2037年间建成并投运处置库。日本的处置库将是可回取的。

韩国政府2003年曾决定在扶安郡建设高放和低放废物处置库(详见本刊2013年第12期相关报道)，但在2004年因当地居民抗议而放弃(详见本刊2014年第3期相关报道)。此后，政府决定建设一座单独的高放废物处置库，并于2014年6月在庆州(Gyeongju)建成一座中低放废物处置库。在2016年7月召开的韩国原子能委员会会议上，韩国政府决定在2028年前后完成高放废物处置库的选址。

2016年5月，南澳大利亚州核燃料循环皇家委员会建议州政府研究在该州建设中放废物和乏燃料国际贮存设施的可行性。

(信息来源：英国《国际核工程》网站和《国外核新闻》)

(伍浩松 赵宏 编译 )