巴西放射性废物处理的历史进程及现状分析

吴 栋 魏贵林 何昔洋 刘 刈 卢喜瑞，4

（1. 西南科技大学拉美研究中心 四川绵阳 621010； 2. 核废物与环境安全省部共建协同创新中心 四川绵阳 621010； 3. 核废物与环境安全国防重点学科实验室 四川绵阳 621010； 4. 环境友好能源材料国家重点实验室 四川绵阳 621010； 5. 中国原子能科学研究院 北京 102413）

随着传统能源的消耗殆尽，核能作为一种可持续发展的清洁能源，在大多数国家已被广泛应用[1]。但核能的发展会不可避免的产生放射性废物，如果这些放射性废物得不到安全而有效的治理，将对人类的生存环境和生命健康形成潜在的威胁[2]。由于放射性废物的来源方式较多，以及不同废物所含核素差异性较大，因此安全有效的处理放射性废物成为各个国家所面临的一项艰巨任务[3]。由于拉美国家核技术发展及放射性废物的处理发展水平不高，相关研究十分匮乏，全面梳理巴西放射性废物的处理现状对拉美其他国家处理相关问题具有针对性和操作性的政策意义[4]。上世纪七十年代初，巴西与法国和美国的各种反应堆制造商以及核燃料循环公司建立了供应和技术关系[5]，正式开启巴西核工业相关的研究。核工业的发展不可避免地会产生大量的放射性废物[6]，如何有效处理这些放射性废物成为巴西面临的一个难题。为此，巴西通过制定国家政策和成立相关研究机构等方式来降低放射性废物的产生或及时处理这些放射性废物，从而降低放射性废物所带来的危害[7]。本文主要对巴西核工业发展历程、放射性废物的来源及处理现状等进行了系统的调研。

一、巴西核工业发展进程

图1 巴西西核电发展时间间轴

二、巴西西放射性废物物的来源

（一）铀铀矿开采、冶冶炼

（二）燃料元件加工

一个名为FEC的燃料元件加工厂位于里约热内卢，也由INB运营，包括一个再生厂和一个燃料制造厂，该浓缩工厂目前已经投入运作了。

（三）核电站反应堆运行

核电站产生的放射性物质主要是反应堆中生成的大量裂变产物。反应堆中生成的大量裂变产物，一般情况下保留在燃料元件包壳内，当发生元件包壳破损事故时，会有少量裂变产物泄漏到冷却循环水中。反应堆冷却循环水中的杂质（循环系统腐蚀产物）受中子照射后也会形成放射性的活化产物，冷却循环水也就具有放射性。

巴西至今为止有两座正在运行的核电站和一座在建的核电站，都位于巴西里约热内卢州的安格拉多斯雷斯市，其中Angra-1产生废物详情见表1[12]，Angra-2产生废物详情见表2[12]，巴西4个反应堆的相关信息如表3所示。

表1 Angra-1中产生的废物

表2 Angra-2中产生的废物

表3 巴西四个反应堆的相关信息[13]

（四）其他核工业发展辅助机构

独居石砂加工工业设施。②放射源和设备（不包括X射线）：巴西国家拥有约3 400个医疗、工业和研究设施[14]，在其运行过程中使用到放射性物质。③含放射性材料的装置：巴西核工业中有许多含放射性材料的装置（磷矿、锆英石、石油、钽石、铌酸盐等）。

可见，尽管巴西仅有两座正在运行的核电站以及一座即将建成的核电站，但巴西所产生放射性废物的来源方式复杂，使得其所产生的放射性废物种类更为复杂。因此对于放射性废物的处理则需提出更高的要求，不仅需要相关的法律法规的约束从而降低放射性废物的产生，而且也需要相应的废物处理技术来降低放射性废物的危害。

三、巴西放射性废物的处理现状

（一）巴西的核工业政策条约

核能的快速发展对于每个国家来说都是一把双刃剑，在大力发展核能的同时更需要加强对核能的法律法规的建设，否则会给人类带来难以预料的灾难。巴西在核能研究历程中也在不断完善自己的法律法规来保障国家核工业安全，巴西政府出台的相关政策时间如图2所示。同时还签署了一些国际核条约（表4），成为其中的条约国，这也是保证巴西核研究安全运行的条件：

表4 巴西签订的核公约

（二）巴西核研机构对放射性废物处理的研究

巴西国家所有核研发活动均由政府机构进行，它们主要包括CNEN和其下属的科学技术、创新和通信等部门，这些部门负责制定国家的核研发政策和战略，并负责提供必要的预算和融资机制，以使相应的研发项目可行。目前已经建立了6个核研究机构及其研究内容如表5所示。

图2 巴西相相关政策颁布时时间轴

表5 巴巴西的核研究机机构

（三）巴西放射性废物的处理

由于巴西核工业的持续发展，使得放射性废物的堆积量越来越大，这些放射性废物如果不能得到有效的处理，将对生态环境带来不可忽视的危害。放射性废物的种类有很多，在2014年，巴西更新了本国的分类系统[15]，如表6所示。

表6 巴西的废物分类系统

根据放射性废物的物理形态也可进一步将其分为气态、液态以及固态放射性废物。巴西对于放射性核废物的处理，主要是从放射性废物的物理形态入手，针对不同状态的废物，进而采取不同的处理办法。

1. 气态放射性废物处理

为了最大限度地减少释放到环境中的辐射，并防止由于高氢浓度而形成爆炸性混合物，气态放射性废物在排放到环境中之前，会从主系统中连续排出，并在气体废物处理系统中进行处理[16]。在Angra-1中，气体废物处理系统去除裂变气体，并将它们储存在气体衰变箱中。安全标准是假设1%的燃料因故障而释放到反应堆冷却剂系统。

在Angra-2反应堆中，为避免辅助系统中的储罐内可能产生的任何高浓度氢气而形成爆炸性混合物，气体废物处理系统通过用氮气持续吹扫来去除这些废物，并处理从反应堆冷却剂中释放的溶解气体，防止气态放射性废物释放到环境中。为此，Angra-2反应堆气体系统有以下任务：

a. 保留气态放射性废物，直到它们在排放到排气烟囱之前已经大量衰变；

b. 防止气态放射性废物从部件释放到大气中；

c. 限制连接部件中的氢和氧浓度，以防止爆炸性混合物的形成，并减少反应堆冷却剂中氧的存在，但这将导致反应堆冷却剂系统的腐蚀；

d. 在冷却剂损失事故后，与氢气还原系统一起运行；

e. 在Angra-2中，根据通风系统的压力，气态放射性废物通过排气烟囱连续释放到大气层。

2. 液态放射性废物处理

Angra-1和Angra-2的液态放射性废物处理和储存系统旨在收集受控区域产生的活性和非活性液态放射性废物，并在必要时进行处理。此后，根据核能环境主管部门（CNEN、IBAMA和州监管机构）制定的安全规则，在符合规则后将其从核电站排放。

根据液态放射性废物的活性和化学特性，以下处理工艺可供选择[17]：

a. 进行蒸发；

b. 化学沉淀（仅限Angra-2）；

c. 液态放射性废物处理和储存系统旨在将受控区域产生的液体废物收集到特定的储罐中，并将其分离为不同类型的液态废物开展进一步的处理。

液态放射性废物按照其化学和放射化学成分分别收集在三组储罐中（Angra-1的废物滞留罐、地漏罐和洗衣罐）。

在Angra-2核电机组中，液态放射性废物分为两组收集；第一组为活性范围为3.7至3.7×103Bq/cm3的活性液态废物，第二组为活性最高达3.7×10-1Bq/cm3的低水平活性和非活性液态废物。在Angra-2，液体废物处理和储存系统设计为每年处理大约20 000 m3的液体废物。为了确保工人、人口和环境免受电离辐射的影响，巴西打算将排放的处理过的液态放射性废物收集在监测罐中。再利用循环和排放泵连接到监控罐，以混合液体废物形式或将其返回储存罐。在从监控罐中排放之前，在实验室中采集样品进行分析。根据分析结果，再决定液态放射性废物的下一步处理过程。如果未稀释排放液态放射性废物的活性浓度超过最大允许值，则触发警报，排放自动中断。在Angra-2核电厂中，只有在使用循环或厂用冷却水稀释之前，未分析混合物中的比活度未超过1.85×10-7Bq/m3时，才允许将液体废物排放到环境中（KTA 3603标准）。

3. 固态放射性废物处理

为了减少放射性核素迁移和扩散的可能性，并尽量减少固态放射性废物对环境的辐射影响，Angra-1和Angra-2都配备了固体废物处理系统。这些系统处理废树脂、受污染的浓缩液体废物过滤器以及工厂运行和维护过程中产生的固体废物，并将它们固定于特殊包装中。

在Angra-1中，来自净化系统的浓缩物、废树脂和受污染的过滤器被固定在水泥中[18]，并在规定的运输和储存要求内，在内衬和特殊的200升金属桶中进行处理。不可压缩的废物被贮存于特殊的金属箱中。

在Angra-2中，浓缩物和废树脂被固定在沥青中[19]，并在特殊的200升金属桶中进行处理。不可压缩的废物还被调节到特殊的金属箱中，受污染的过滤器被储存在工厂内部的200升金属桶中，以便进一步调节。

结语

本文对巴西核工业发展相关信息进行了系统的调研，主要研究其核工业发展进程、放射性废物的来源以及放射性废物的处理现状。巴西对放射性废物的处理方法主要是根据其物理状态进行了区分：气态放射性废物可通过废物处理系统处理后再进行排放过程，液态放射性废物可通过蒸发和化学沉淀的方法降低其活性和化学特性，而固态放射性废物可固定于水泥、沥青以及金属罐中。

以拉美国家巴西为典例开展相关研究，主要目的是了解拉美国家核工业发展的历史进程及放射性废物处理的相关现状等，为其他拉美国家（如墨西哥、阿根廷、智利、委内瑞拉等）核工业发展以及放射性废物处理相关的研究提供一定的指导与参考。

最后，感谢教育部国别和区域研究培育基地—西南科技大学拉美研究中心2020年专项研究课题（项目编号：20LM0501）的资助。