全球高放廢物處置庫建設(shè)進(jìn)展

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全球高放廢物處置庫建設(shè)進(jìn)展

【本刊2016年8月綜合報(bào)道】每個核電國家目前均面臨一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，即為危險(xiǎn)的核廢物尤其是乏燃料和高放廢物尋找永久性解決方案。目前的常用方法是進(jìn)行中間貯存。但出于技術(shù)、安全和安保方面的原因，這不是一個令人滿意的長期解決方案。美國、俄羅斯、法國、英國、日本、韓國、德國、芬蘭、瑞典、瑞士、阿根廷、比利時、捷克等國均承諾未來將在適當(dāng)?shù)牡貙又袑Ψθ剂虾透叻艔U物進(jìn)行永久性地質(zhì)處置。

這些國家明確這一政策已經(jīng)有數(shù)十年了，但目前還沒有一個國家啟動地質(zhì)處置庫的建設(shè)工作。這是為什么呢？

在設(shè)計(jì)和建設(shè)地質(zhì)處置庫時，必須確保廢物能在未來數(shù)十萬年內(nèi)得到安全處置。因此，處置庫建設(shè)項(xiàng)目是一個不同于任何其他項(xiàng)目的重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，涉及選址和公眾態(tài)度等具有復(fù)雜性和多樣性的問題，相關(guān)國家因此遲遲未能啟動處置庫的建設(shè)。

在建設(shè)處置庫之前，首先需要選定擁有適當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件的場址并獲得當(dāng)?shù)鼐用竦闹С?。美國和英國的?shí)踐證明，找到同時符合這兩項(xiàng)要求的場址十分困難。但是，斯堪的納維亞的經(jīng)驗(yàn)表明，采用不匆忙、及時通報(bào)相關(guān)信息并不斷磋商的方法，能夠使相關(guān)社區(qū)自愿提供處置庫候選場址。

斯堪的納維亞的經(jīng)驗(yàn)

芬蘭在處置庫建設(shè)方面已走在世界前列。芬蘭政府2015年11月12日向波西瓦公司(Posiva)發(fā)放建設(shè)許可證，允許該公司在奧爾基洛托附近的埃烏拉約基(Eurajoki)建設(shè)乏燃料最終處置庫。這是全球迄今發(fā)放的首份乏燃料最終處置庫建設(shè)許可證。預(yù)計(jì)芬蘭處置庫將在2016年下半年啟動建設(shè)，2023年投運(yùn)，能夠容納6500噸鈾乏燃料。

芬蘭1983年啟動了處置庫的選址程序。當(dāng)時，核電運(yùn)營商列出了一張適合建設(shè)深層地質(zhì)處置庫的場址清單，其中列出了101個候選場址。在與相關(guān)社區(qū)進(jìn)行4年磋商之后，選擇5個候選場址進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查，從而將候選場址數(shù)量縮減為3個。

在政府批準(zhǔn)建設(shè)處置庫之前，需要獲得地方市政機(jī)構(gòu)的同意以及監(jiān)管機(jī)構(gòu)的支持。在選址程序中，候選場址所在地區(qū)的議會有權(quán)以投票方式?jīng)Q定是否繼續(xù)支持處置庫的建設(shè)。

2001年，已經(jīng)在奧爾基洛托擁有2臺在運(yùn)核電機(jī)組的埃烏拉約基議會決定同意在本地建設(shè)處置庫。隨后芬蘭國會批準(zhǔn)了這一決定。當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)不會因?yàn)樘峁﹫鲋范苯訌奶幹脦扉_發(fā)商處獲得獎勵或補(bǔ)償，但能夠通過收取核設(shè)施地方財(cái)產(chǎn)稅(稅率高于平均稅率)獲益。

芬蘭的鄰國瑞典也已明確處置庫場址。與芬蘭類似，結(jié)晶基巖可為處置庫提供適宜的地質(zhì)環(huán)境。1992年，瑞典核燃料與廢物管理公司(SKB)與286個地方議會聯(lián)系，開展相關(guān)解釋工作，并邀請地方議會提出成為候選場址的自愿申請。當(dāng)時雖然有2個地方議會表示感興趣，但在民意調(diào)查之后，沒有地區(qū)提出自愿申請。此后，核燃料與廢物管理公司改變戰(zhàn)略，將工作重點(diǎn)放在核電廠附近的地區(qū)。

核燃料與廢物管理公司與相關(guān)地區(qū)議會進(jìn)行接觸，看看他們是否反對開展可行性研究。這被證明是一種卓有成效的方法，共有三個地區(qū)優(yōu)先進(jìn)行場址調(diào)查。之后，一個地區(qū)決定退出選址程序，另兩個地區(qū)則同意進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查。2009年，東哈馬爾(?sthammars)福什馬克(Forsmark)被選定為首選場址。這一地點(diǎn)也是核燃料與廢物管理公司短壽命放射性廢物處置庫場址。這座處置庫1988年投運(yùn)，在低于波羅的海50米的巷道中處置短壽命放射性廢物。

核燃料與廢物管理公司2011年3月向瑞典輻射安全管理局(SSM)提交了乏燃料處置庫的建設(shè)申請。輻安局2016年6月表示支持處置庫的建設(shè)申請。預(yù)計(jì)輻安局將在2017年公布其對處置庫建設(shè)的最終意見(詳見本刊2016年第7期相關(guān)報(bào)道)，處置庫將在21世紀(jì)20年代初的某個時間啟動建設(shè)，并耗時10年建成。

工程壯舉

地質(zhì)處置庫能夠在擁有穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造的地下深層實(shí)現(xiàn)核材料與近地表環(huán)境的隔離。除了利用現(xiàn)有的天然屏障，還需要使用專設(shè)屏障。對處置庫的另一項(xiàng)要求是，后代不需要對處置庫采取主動維護(hù)行動。這一要求主要基于一個假設(shè)，即一旦裝滿廢物，處置庫將被永久密封。

芬蘭和瑞典的擬建處置庫均基于瑞典核燃料與廢物管理公司開發(fā)的KBS-3方案。

這一方案主要基于多重屏障原理，即將放射性廢物包裹在多重保護(hù)屏障中，一重屏障的故障以及不可預(yù)計(jì)的地質(zhì)或其他變化不會使放射性物質(zhì)暴露在環(huán)境中。

在處置過程中，首先將乏燃料裝入銅制最終處置容器，然后將容器運(yùn)至位于地下約400～500米深的巖層中，并放入帶有膨潤土緩沖層的沉積孔(見圖1)。因此，在完成處置后，放射性物質(zhì)將被密封在四重屏障(見圖2)中：

1—最終處置容器；2—膨潤土緩沖層；3—巷道回填；4—基巖圖1　芬蘭擬采用的處置方案

圖2　防止放射性物質(zhì)泄漏的四重屏障

· 處于陶瓷形態(tài)的燃料本身構(gòu)成了第一重屏障。鈾位于氣密的金屬棒中，呈固體狀，僅能以極慢的速度溶于水，這將放慢放射性物質(zhì)的釋放速度。

· 最終處置容器構(gòu)成了第二重屏障。燃料被裝在氣密且耐腐蝕的銅和鑄鐵制容器中。這種容器將保護(hù)燃料組件，使其免受深層基巖的機(jī)械應(yīng)力。

· 膨潤土緩沖層是第三重屏障，能夠保護(hù)容器免受基巖中的任何潛在顛簸，并放慢容器周邊的水流速度。

· 基巖是第四重屏障，能夠確保容器和膨潤土的周邊環(huán)境僅發(fā)生微小且可預(yù)見的變化。深層基巖可使廢物容器免受任何地表變化的影響，并遠(yuǎn)離人類正常的居住環(huán)境。

其他歐洲國家

全球第一個用于研究深層粘土適宜性的地下巖石實(shí)驗(yàn)室即Hades實(shí)驗(yàn)室于1984年在比利時摩爾(Mol)建立。Hades位于Boom粘土層的地下225米深處，是一座研究設(shè)施，并且沒有在該實(shí)驗(yàn)室所在地建設(shè)最終處置庫的計(jì)劃。比利時也沒有選定高放廢物處置庫的場址，雖然該國設(shè)定了在2035年啟動處置庫建設(shè)的目標(biāo)。

俄羅斯正在克拉斯諾雅爾斯克(Krasnoyarsk)地區(qū)的花崗巖或片麻巖層中建設(shè)一座地下實(shí)驗(yàn)室。這座實(shí)驗(yàn)室未來可能會轉(zhuǎn)變?yōu)橐蛔幹脦臁６磉€在科拉半島的多個場址研究建設(shè)最終處置庫的可行性。

法國20世紀(jì)80年代啟動處置庫的選址工作。但由于當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)未參加或未與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)磋商，此次選址失敗。1991年有關(guān)核廢物研發(fā)的巴塔耶法(Bataille Act)建立了一個明確的政治決策過程，要求在作出有關(guān)長期廢物管理的任何決定前開展長達(dá)15年的研發(fā)工作。該法設(shè)定一個程序，要求在將相關(guān)地區(qū)納入自愿者清單之前，通過地方議會投票決定是否進(jìn)行初步地表調(diào)查。

1996年，有三個場址提交建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室的申請。在召開了公共聽證會之后，政府確定在下述兩個場址開展調(diào)查工作：布爾(Bure)場址和一個未指明的花崗巖場址。2010年，在完成廣泛的干系人咨詢后，政府批準(zhǔn)在布爾建設(shè)地下處置設(shè)施，該設(shè)施目前是法國國家放射性廢物管理機(jī)構(gòu)(Andra)的地下研究設(shè)施。

放射性廢物管理機(jī)構(gòu)正在開展深層地質(zhì)處置庫的設(shè)計(jì)工作。這座處置庫將建在法國東部布爾的粘土層中，將處置玻璃固化高放廢物和長壽命中放廢物。初步設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，2016—2017年的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作將為編制處置庫建設(shè)申請?zhí)峁?shù)據(jù)。如果獲得許可，將在2020年啟動處置庫建設(shè)。該處置庫將以可回取的方式處置廢物，最終處置的廢物數(shù)量將取決于政治選擇。但是該中心將被設(shè)計(jì)成可滿足所有可能的廢物處置要求。

該處置庫的地面設(shè)施將占地約300公頃，分布在相距數(shù)千米的2個場區(qū)中。將以模塊化的方式建設(shè)地下貯存設(shè)施，設(shè)施最終的覆蓋面積將為15平方千米。在最終關(guān)閉之前，該處置庫將運(yùn)行100年時間。

英國是一個人口稠密的島國，地質(zhì)條件極其多樣，尋找適宜并可接受的處置庫場址具有挑戰(zhàn)性。英國20世紀(jì)的選址工作曾選出多個潛在候選場址。21世紀(jì)的選址工作包括社區(qū)參與，并基于自愿原則。根據(jù)這一原則，候選場址所在地區(qū)可以在任何時候決定退出選址程序。由于坎布里亞郡議會2013年1月投票反對繼續(xù)在其轄區(qū)內(nèi)推進(jìn)選址工作，英國的處置庫選址工作重回起點(diǎn)(詳見本刊2013年第3期相關(guān)報(bào)道)。

在全國范圍內(nèi)完成了一次廣泛選址程序之后，德國下薩克森州政府1977年宣布，將在戈萊本(Gorleben)建設(shè)放射性廢物國家處置中心。目前戈萊本被認(rèn)為是高放廢物處置庫的候選場址。

德國在1979—2000年間曾花費(fèi)15億歐元研究戈萊本是否適于處置高放廢物。這項(xiàng)工作2002年因政治因素暫停。但換屆后的政府2009年批準(zhǔn)恢復(fù)該場址的研究工作。預(yù)計(jì)政府將在2019年前后作出該場址是否適合建設(shè)最終處置庫的決定。

此外，還提出在多個地點(diǎn)的Opalinus粘土層中建設(shè)高放廢物處置庫的建議。新的處置庫建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)于2009年生效，替代了1983年的舊標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)機(jī)構(gòu)僅能基于科學(xué)論證結(jié)果(即處置庫能夠在100萬年內(nèi)確保廢物的安全)發(fā)放高放廢物處置庫許可證，而且廢物在處置庫的整個運(yùn)行期間都必須是可回取的。

2013年4月，德國環(huán)境部宣布將啟動處置庫的新選址程序，以便未來能根據(jù)聯(lián)邦和州政府與反對派達(dá)成的一份妥協(xié)協(xié)議處置本國的高放廢物。

2014年5月，德國組建一個由32名委員組成的委員會，專門負(fù)責(zé)研究處置庫的新選址程序。該委員會將編制用于評價(jià)選址法律的準(zhǔn)則、程序和決策依據(jù)，并提出有關(guān)公眾參與和透明度的建議。

開展兩年多研究工作之后，委員會2016年7月向政府提交最終報(bào)告，為在地質(zhì)處置庫中處置高放廢物提出相關(guān)建議。根據(jù)最終報(bào)告，“最安全”場址應(yīng)根據(jù)一個分為三個階段的程序進(jìn)行選擇，并由聯(lián)邦法律確定。在選址過程中，應(yīng)有地區(qū)、跨地區(qū)和國家層面的機(jī)構(gòu)的廣泛公開參與。處置庫可能位于巖鹽層、粘土層或結(jié)晶巖層中。委員會表示，報(bào)告中未排除下薩克森州“具有爭議的”戈萊本巖鹽層。

在早期的中低放廢物處置庫選址工作遭遇挫折之后，瑞士建立了新選址程序以建設(shè)兩座處置庫：一座中低放廢物處置庫以及一座高放廢物和乏燃料處置庫。這一新程序基于在各地開展的咨詢工作。

瑞士國家放射性廢物處置合作公司(Nagra)2015年1月選擇在三個地區(qū)開展中放廢物和高放廢物處置庫的進(jìn)一步研究。這三個地區(qū)的主巖均為Opalinus粘土。放射性廢物處置合作公司將在2022年前后完成選址工作。聯(lián)邦議會將在2029年前做出有關(guān)處置庫許可證的決定。預(yù)計(jì)中低放廢物處置庫將在2050年前后啟動建設(shè)，高放廢物處置庫將在此10年后啟動建設(shè)。

美國重新啟動

在核電工業(yè)啟動發(fā)展之后不久，美國國家科學(xué)院1957年召開了一次主要由科學(xué)家和工程師參加的會議，討論源自商業(yè)核反應(yīng)堆和國防核計(jì)劃的長壽命高放廢物的永久處置問題。會議結(jié)論是，在深層古鹽礦床的礦井中處置是實(shí)際可行的。理由是鹽礦床沒有被地下水溶解，它們在其整個歷史時空中已實(shí)現(xiàn)與近地表環(huán)境的隔離。此外，鹽礦床具有塑性，能夠緩慢填充任何空隙，因此能最終包封在礦井中處置的任何廢物。但是，沒有找到適宜的鹽礦床場址。

此后，美國將選址范圍擴(kuò)大到擁有核設(shè)施或國防設(shè)施的任何場址，無論這些場址的巖石類型是什么。1987年，毗鄰內(nèi)華達(dá)試驗(yàn)場的尤卡山(Yucca Mountain)被指定為處置庫場址。該處置庫將處理源自民用核電廠和國防核計(jì)劃的高放廢物和乏燃料。

擬建處置庫將位于火山凝灰?guī)r層的地下300米深處，比地下水位高300米。廢物將被裝入帶有雙層外殼的金屬容器中：外殼使用耐腐蝕的合金制造，內(nèi)殼使用具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的不銹鋼制造。將不會回填干旱的地質(zhì)構(gòu)造，以允許空氣流通。

在1987年之后的30多年，該項(xiàng)目經(jīng)歷了多次拖延。雖然美國能源部(DOE)2008年6月向核管會(NRC)提交了尤卡山處置庫建設(shè)和運(yùn)行聯(lián)合申請，但奧巴馬政府2009年決定取消這一項(xiàng)目。此后，核管會暫停了對這一申請的評審。在美國聯(lián)邦上訴法院于2013年8月13日裁定核管會暫停評審為非法之后，核管會重新啟動了這一評審過程，并最終于2015年1月29日公布了尤卡山地質(zhì)處置庫的最后兩卷安全評價(jià)報(bào)告(共計(jì)五卷)，從而完成了對尤卡山處置庫申請的技術(shù)安全評審(詳見本刊2015年第2期相關(guān)報(bào)道)。

應(yīng)奧巴馬總統(tǒng)的要求，美國能源部2010年初組建藍(lán)帶委員會，對美國的乏燃料與高放廢物管理與處置計(jì)劃進(jìn)行全面評審，并提出相關(guān)建議。該委員會2012年1月向能源部提交最終報(bào)告。能源部根據(jù)委員會報(bào)告編制《乏燃料與高放廢物管理和處置戰(zhàn)略》并于2013年初公布，為制訂乏燃料與高放廢物管理和處置計(jì)劃提供了框架，指明了乏燃料與高放廢物管理和處置戰(zhàn)略的3個組成要素，即基于共識的設(shè)施選址、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及管理與籌資(詳見本刊2013年第2期相關(guān)報(bào)道)。能源部2015年12月21日正式開始接收對高放廢物和乏燃料處置場址的建議，從而啟動了基于共識的處置庫選址倡議。這意味著美國在應(yīng)對核廢物管理挑戰(zhàn)方面邁出了重要一步。

與此同時，美國廢物隔離中間工廠(WIPP)1999年投運(yùn)。WIPP是全球唯一一座現(xiàn)役長壽命核廢物深層地質(zhì)處置庫。它位于新墨西哥州埃迪縣(Eddy County)卡爾斯巴德(Carlsbad)東南約26英里，處于2000英尺深的古老鹽床中。WIPP是一座能源部設(shè)施，僅接收國防超鈾廢物，即過去的核武器計(jì)劃產(chǎn)生的不被認(rèn)為是高放廢物但含有長壽命超鈾元素(例如钚)的核廢物。

其他國家

包括加拿大、日本、韓國在內(nèi)的其他核電國家已承諾建設(shè)高放廢物的深層地質(zhì)處置庫，并已啟動相關(guān)工作。

加拿大核廢物管理組織(NWMO)2010年啟動被稱為“適應(yīng)性分階段管理”(APM)的乏燃料深層地質(zhì)處置庫選址程序。根據(jù)廢物管理組織網(wǎng)站提供的信息，處置庫的選址和建設(shè)將分為九個階段(詳見本刊2015年第1期相關(guān)報(bào)道)。目前核廢物管理組織正在對8個地區(qū)進(jìn)行研究，下一步工作將是進(jìn)行更詳細(xì)的場址研究和選擇，并獲得當(dāng)?shù)鼐用竦恼J(rèn)可。

日本1996年在瑞浪(Mizunami)建設(shè)一座地下實(shí)驗(yàn)室，2000年組建負(fù)責(zé)核廢物處置的機(jī)構(gòu)——原子力發(fā)電環(huán)境整備機(jī)構(gòu)(NUMO)。預(yù)計(jì)日本將在2025年前明確處置庫場址。之后，將啟動處置庫建設(shè)，并在2033—2037年間建成并投運(yùn)處置庫。日本的處置庫將是可回取的。

韓國政府2003年曾決定在扶安郡建設(shè)高放和低放廢物處置庫(詳見本刊2013年第12期相關(guān)報(bào)道)，但在2004年因當(dāng)?shù)鼐用窨棺h而放棄(詳見本刊2014年第3期相關(guān)報(bào)道)。此后，政府決定建設(shè)一座單獨(dú)的高放廢物處置庫，并于2014年6月在慶州(Gyeongju)建成一座中低放廢物處置庫。在2016年7月召開的韓國原子能委員會會議上，韓國政府決定在2028年前后完成高放廢物處置庫的選址。

2016年5月，南澳大利亞州核燃料循環(huán)皇家委員會建議州政府研究在該州建設(shè)中放廢物和乏燃料國際貯存設(shè)施的可行性。

(信息來源：英國《國際核工程》網(wǎng)站和《國外核新聞》)

(伍浩松 趙宏 編譯 )