1、7.4.1 核廢物地質處理的基本概念與歷史1 1、核廢物地質處置的多重屏障體系核廢物地質處置的多重屏障體系 人工屏障（工程屏障）：1.玻璃固化體：阻滯廢物中放射性核素向外遷移的第一道屏障。2.廢物外包裝容器：保護放射性廢物固化體過早地被侵蝕、破壞的強有力機械屏障。3.回填材料：廢物容器之間和在廢物容器與地質體之間充填的某些礦物、巖石碎料等。具有較強的抗風化能力（壽命超過106年）、吸附能力等，它不僅可作為機械支撐物以穩(wěn)定廢物容器，而且是阻滯放射性核素遷移的化學屏障和物理屏障。 天然屏障：地質體，又稱廢物的貯存介質、處置介質等，這是核廢物處置場（庫）周圍的土壤、巖石及有關沉積物等。核廢物處置體系

2、的主要功能： 物理屏障作用：限制和阻止地下水接近、進入廢物處置庫 化學屏障作用：通過化學作用阻滯放射性性核素向生物圈遷移 機械屏障作用：廢物容器和回填材料能安全、穩(wěn)妥地包容廢物2.核廢物處置方法的原理（過去常用） 低、中放廢液的地下滲濾處置 將廢液排入地表溝槽內，借助土壤和砂礫層對廢液中有害物質的吸附、滲透作用，凈化廢液的一種地質處置方法。 （致使放射性濃度超過允許限值） 低、中放廢液深井注入處置 將廢液經(jīng)由注入孔高壓壓入1000-1500米深處相對封閉的透水巖層中，借此將放射性廢液永久地與生物圈隔離的方法。 造成環(huán)境污染、處置井遠離核設施，目前很少用。 水力壓裂處置 將濃縮低、中放廢液，與水

3、泥、粘土混合后的灰漿，通過鉆孔用高壓設備將其注入300-500m地下預選被壓裂的不透水巖層中，使廢液迅速固化為巖層的一部分，以達到永遠隔離核廢物的目的。 例：美國橡樹嶺國立實驗室于1959年首先從石油部門開采應用到低、中放廢物地質處理領域中來。 海洋投棄 又稱海洋傾倒處置，這是將低、中放廢物容器（一般為混凝土固化體，外加鋼桶包裝）投入遠離陸地的預定海域，使廢物容器自行沉入海底，或者直接向海洋排放低放廢液，借海水隔離和稀釋放射性物質的一種非地質處置方法。 污染海水，1983年，倫敦傾廢公約通過了停止向海洋傾倒核廢物的議案。7.4.2 適合核廢物地質處置的巖土類型 巖石孔隙度較小、含水量較少，水滲

4、透率較小。地下水在巖石、土壤中的滲透、擴散乃至流動是危及核廢物安全處置的最主要因素。 巖石中裂隙較少 巖石應具有良好的導熱性、抗輻射性，隨時傳導、散失廢物的衰變熱。 巖石應具有一定的機械強度，便于構筑地下工程。 巖石應具有較強的離子交換能力和吸附能力。 巖石的體積應足夠大（遷移距離較大）適合的地質介質主要有：巖鹽、花崗巖、凝灰?guī)r、粘土巖、玄武巖、流紋巖、輝長巖等7.4.3 低中放廢物的地質處置 低、中放固體廢物的處置方案 （1）陸地淺埋（土壤等松散沉積物） 廣泛應用（2）廢礦井處置（鹽、鐵、鈾礦等） 廣泛應用（3）深地質處置（礦山地質處置法，處置在埋深大于300-500m 的地下人工巖硐中）

5、耗資大，較少用（4）海島處置 運輸費用高，國際上禁止（5）濱海底處置（處置介質為巖石） 瑞典 芬蘭（國際上對處置的安全性有爭議）（6）水力壓裂處置（頁巖等） 美國停止 中國（7）海洋投棄（海水） 沿海國家采用，現(xiàn)禁止 高放廢物是指乏燃料后處理產(chǎn)生的高放廢液和其固化體；準備直接處置的乏燃料；及類似輻射水平或釋熱水平的其它廢物。 國際原子能機構提出的按處置要求分類的固體廢物分類標準，規(guī)定高放廢物釋熱率高于2kW/m3，且長壽命放 射 性 核 素 的 比 活 度 高 于 對 短 壽 命 廢 物 的 限 值（4x106Bq / Kg單個貨包）。 高放廢物的處置必須采用地質處置。 7.4.4 高放廢物的

6、處理和處置一、高放廢液的貯存二、高放廢液的固化人造巖石固化一種開發(fā)中的固化技術人造巖石是通過高溫固相反應制備的一種熱力學穩(wěn)定的、多相鈦酸鹽礦物固溶體，大部分廢物元素直接進入礦相的晶格位置，一部分廢物元素被還原成金屬單質，包容于合金相中。由于放射性元素被牢固地固定在礦物的晶相結構中，人造巖石固化體的抗浸出性、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐輻射性，都比玻璃固化體好。 三、高放廢物的地質處置三、高放廢物的地質處置6、高放廢物的分離嬗變四、高放廢物的地質處置研究開發(fā)工作 1高放廢物庫選址高放廢物處置處置庫多重屏障構想： 多重屏障分為工程屏障（包括高放廢物固化體的包裝容器、外包裝、緩沖介質、回填材料和處置工程

7、構筑物）和天然屏障（基巖和外圍土層）兩大部分。（工程屏障的屏蔽隔離作用至少可達1 000年，以后的屏蔽隔離作用則主要依靠天然屏障。） 對于基巖，有的國家選花崗巖、凝灰?guī)r、片麻等（結晶巖類），有的國家選鹽巖（蒸發(fā)巖類），也有選粘土層（泥質巖類）。 現(xiàn)在被人們普遍接受的是深地層巷道布置垂直鉆孔疊堆處置法，這是縱深防御多重屏障隔離體系。放射性核素到人類生活環(huán)境的轉移途徑： 放射性核素從處置庫中的高放廢物體轉移到人類生活環(huán)境，主要媒介體是地下水。 在正常情況下，地下水到達處置庫，容器被腐蝕，放射性核素被溶出，輸運到食物鏈，進入到人體，其過程是極其緩慢的， 除了核素本身衰變外，還存在著一系列逆過程，如稀

8、釋分散、介質吸附、凝聚、沉淀 、礦化、離子交換等。放射性核素輸運量是微乎其微。2實驗室研究和數(shù)學模型推算（1/1） 3地下實驗室研究 4自然類比研究（1/4） 高放廢物安全處置是一項復雜的系統(tǒng)工程，安全評價貫穿于選址、設計、建造到試運行、運行、關閉和關閉后等處置的全過程。大亞灣核電站低放廢物貨包臺電核廢料處置廣東北龍低中放廢物處置場7.4.5 鈾礦山尾礦和廢石的處理 了解作業(yè)作業(yè)1010255255頁思考題頁思考題 2 2、3 3、4 4、5 5、6 6人造巖石固化一種開發(fā)中的固化技術人造巖石是通過高溫固相反應制備的一種熱力學穩(wěn)定的、多相鈦酸鹽礦物固溶體，大部分廢物元素直接進入礦相的晶格位置，一部分廢物元素被還原成金屬單質，包容于合金相中。由于放射性元素被牢固地固定在礦物的晶相結構中，人造巖石固化體的抗浸出性、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐輻射性，都比玻璃固化體好。 6、高放廢物的分離嬗變放射性核素到人類生活環(huán)境的轉移途徑： 放射性核素從處置庫中的高放廢物體轉移到人類