大型核設(shè)施退役策略及技術(shù)進(jìn)展

□楊美健 黃金海 鮑 芳 趙華松

一、概述

核設(shè)施退役是為解除一座核設(shè)施的部分或全部監(jiān)管控制所采取的行政和技術(shù)活動(dòng)。退役的最終目標(biāo)是無限制地開放或利用廠址[1]。

核設(shè)施的種類繁多，不同核設(shè)施的規(guī)模、廠址環(huán)境、運(yùn)行狀況都有很大的差異。一些核設(shè)施的規(guī)模較小，功能較為簡(jiǎn)單，如核技術(shù)利用的輻射設(shè)施；一些核設(shè)施的規(guī)模較大，系統(tǒng)功能較為復(fù)雜，如核電廠、后處理廠等。根據(jù)其規(guī)模和復(fù)雜程度，各類設(shè)施退役的難度和復(fù)雜程度有很大不同，設(shè)施的廠址條件、運(yùn)行情況、污染情況及放射性核素的存量差異，對(duì)核設(shè)施退役策略的選擇、退役項(xiàng)目實(shí)施的投資以及施工的周期都有較大的影響。本文主要結(jié)合國(guó)內(nèi)外核設(shè)施退役的發(fā)展情況，對(duì)核電廠退役策略的情況進(jìn)行介紹。

二、退役策略

早期，IAEA將核設(shè)施退役策略分為三種，即立即拆除(Immediate Dismantling)，延遲拆除(Deferred Dismantling)和就地埋葬(Entombment)。

(一)立即拆除。立即拆除是將被放射性污染的設(shè)備、結(jié)構(gòu)和設(shè)施的污染部分移除或者去污至允許設(shè)施開放用于無限制使用或者由監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限制使用水平的策略。在這種情況下，退役執(zhí)行活動(dòng)在運(yùn)行停止后的短時(shí)間內(nèi)就開始進(jìn)行。這個(gè)策略隱含退役活動(dòng)應(yīng)該立即完成，包括將設(shè)施中的所有放射性材料移除至另一個(gè)新的或者已經(jīng)存在的有資質(zhì)的設(shè)施中進(jìn)行長(zhǎng)期貯存或者處置。

(二)延遲拆除。延遲拆除的主要原因是由于資金、技術(shù)等準(zhǔn)備工作尚未就緒，對(duì)設(shè)施中被放射性污染的部分進(jìn)行處理或者放置一段時(shí)間，直到可以進(jìn)行后續(xù)的去污和/或拆除等操作，從而最終達(dá)到允許設(shè)施開放用于無限制使用或者由監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限制使用的策略。

(三)就地埋葬。就地埋葬策略是將放射性物質(zhì)長(zhǎng)期安全包容在場(chǎng)址中，從本質(zhì)上講，相當(dāng)于進(jìn)行淺地表處置。但隨著核設(shè)施退役領(lǐng)域越來越多研究的開展和經(jīng)驗(yàn)的積累，退役技術(shù)的不斷發(fā)展以及各國(guó)對(duì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、要求的不斷提高，IAEA推薦的退役策略也由上述三種策略變更為兩種退役策略，即立即拆除和延遲拆除[2]。

對(duì)核設(shè)施退役策略，不同國(guó)家針對(duì)不同設(shè)施所選擇的策略各有不同。核設(shè)施退役策略的選擇受政治、社會(huì)、地理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面因素的影響。有些國(guó)家的退役經(jīng)費(fèi)是決定因素；有些國(guó)家尚沒有處置退役所產(chǎn)生的各種廢物的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；有些國(guó)家是尚沒有廢物處置場(chǎng)地。因此，核設(shè)施退役的策略應(yīng)因地制宜，因時(shí)制宜。

三、核電廠退役

核電廠是應(yīng)用較為成熟的大型商用核設(shè)施，也是退役工程開展較早的一類大型核設(shè)施。根據(jù)各國(guó)對(duì)核設(shè)施的管理政策以及設(shè)施情況的不同，不同核電廠所采取的退役策略也各不相同。以下將以核電廠為對(duì)象，介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于核電廠退役策略選擇的經(jīng)驗(yàn)。

(一)美國(guó)核電廠退役策略。美國(guó)有較多的核電廠退役案例。對(duì)于美國(guó)早期的軍工核設(shè)施，鑒于高昂的退役廢物處置費(fèi)，一般采取的策略為將設(shè)施置于穩(wěn)定可知的狀態(tài)，實(shí)施較為經(jīng)濟(jì)的監(jiān)控，并適時(shí)進(jìn)行退役工作。

圖1 因采取延遲拆除策略而處于封閉狀態(tài)的反應(yīng)堆[3]

核電廠址核電站反應(yīng)堆堆型關(guān)閉時(shí)間退役策略CarolinaVallectosHumboldt Bay 3Rancho SecoCVTRBWRPWRPHWR1963197619891967封閉延遲拆除延遲拆除MichigenFermi 1FBR1972封閉延遲拆除Big Rock PointBWR1997立即拆除PennsylvaniaPeach BottomHTGR1974TMI 2PWR1979封閉延遲拆除New YorkPathfinderIndian Point 1TrojanYankeeBWRPWR1967197219921991延遲拆除封閉延遲拆除立即拆除TexasWisconsinCaliforniaColoradoDresden 1La CrosseShorehamFort St.VrainBWRHTGR1978198719891989封閉延遲拆除立即拆除South CarolinaSan Onofre 1PWR1992封閉延遲拆除

核電站作為商用設(shè)施，與軍用核設(shè)施相比，其在退役策略的選擇上具有較大的差異。從表1中可以看出，美國(guó)核電廠退役策略的選擇因所在廠址、反應(yīng)堆的堆型、關(guān)閉時(shí)間等的不同而存在較大差異。如廠址同樣是在New York的Indian Point 1和Trojan、Yankee核電廠，同樣的堆型，選擇的策略卻不同，這與核電廠的運(yùn)行情況、廢物處理和處置手段的完備情況、不同時(shí)期退役的經(jīng)費(fèi)等因素都有關(guān)。另外，從表1中也可以看出，早期關(guān)閉的核電廠退役策略以延遲拆除為主，而20世紀(jì)80年代之后，核電廠退役策略多選擇立即拆除。這主要是由于影響設(shè)施退役的主要決定因素包括退役廢物的處置費(fèi)用，且處置費(fèi)用不斷上漲，增加了設(shè)施退役的成本。因此，后期核電站關(guān)閉后會(huì)實(shí)行立即去污拆除，退役多采取立即拆除的策略。

(二)法國(guó)核電廠退役策略。多年來，法國(guó)在核設(shè)施退役領(lǐng)域進(jìn)行了較為全面的研究和開發(fā)工作，在核設(shè)施退役策略的確定方面也有較為系統(tǒng)的論證。針對(duì)不同的核電廠，法國(guó)的運(yùn)營(yíng)商通過不同方案的比較后，最終確定每座核電廠的退役策略和退役方案[4]。

表2 法國(guó)已關(guān)閉的核電廠

早期法國(guó)對(duì)核電廠的退役策略為先經(jīng)過幾十年的封存，然后有計(jì)劃地完成反應(yīng)堆的退役拆除工作。這個(gè)策略的制定主要是從退役過程人員防護(hù)以及廢物的處理處置方面考慮，雖然可以采用直接拆除的策略，且技術(shù)手段及廢物處置均可滿足退役策略的要求，但是延緩拆除可以使設(shè)施殘存的放射性降低，從而減少人員的受照劑量。在延遲拆除過程中，技術(shù)的進(jìn)步也可以大大改進(jìn)拆除方案，以節(jié)省退役工程的投資。2001年法國(guó)則改變了原有的退役策略，將封固延遲拆除的策略改變?yōu)榱⒓床鸪呗?，這主要是因?yàn)榉▏?guó)相關(guān)法規(guī)要求的更新。

(三)其他國(guó)家核電廠退役策略。除美國(guó)、法國(guó)外，其他主要核電利用國(guó)家的退役策略也都根據(jù)本國(guó)實(shí)際情況及核電廠的情況制定有針對(duì)性的策略。英國(guó)在對(duì)核電廠退役策略的選擇上傾向于立即拆除和延期拆除的結(jié)合，主要是由于英國(guó)缺乏放射性廢物的處置設(shè)施，核電廠退役產(chǎn)生的大量放射性廢物不能及時(shí)處置。英國(guó)已于2011年完成了一臺(tái)核電機(jī)組的退役工作，其他核電廠的退役工作還在開展中[5]。加拿大和意大利也由于同樣的原因，選擇延遲拆除的退役策略。德國(guó)的核電站退役采取立即拆除和延遲拆除兩種策略，立即拆除為首選方案。目前正在開展的退役項(xiàng)目包括19個(gè)核電廠和原型堆。瑞典也是較早啟動(dòng)核電廠退役的國(guó)家，瑞典對(duì)核電廠退役的策略傾向于立即拆除，一方面是由于瑞典不再利用核能，另一方面主要考慮延遲退役可能會(huì)喪失對(duì)設(shè)施及運(yùn)行情況的了解，從而影響退役工作的開展[6]。

四、結(jié)語

根據(jù)國(guó)外核電廠退役情況，對(duì)不同國(guó)家的退役策略進(jìn)行了分析，可以看出核設(shè)施退役是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，退役策略的選擇關(guān)系到政治、社會(huì)、環(huán)境，同時(shí)也受政策、技術(shù)和配套設(shè)施的影響。因此，核設(shè)施退役策略的選擇應(yīng)該結(jié)合上述影響因素因地制宜，因時(shí)制宜。隨著技術(shù)水平的提高，核設(shè)施退役的觀念也在不斷地變化，對(duì)廠址的最終環(huán)境狀態(tài)也提出了越來越高的要求。隨著退役技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累，核設(shè)施退役領(lǐng)域的法律法規(guī)也趨于完善，這要求核設(shè)施退役的策略也從較為粗獷型的策略，朝著精細(xì)化、規(guī)范化的方向發(fā)展。

目前，我國(guó)核設(shè)施退役工作尚處于起步階段，與美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家相比，在退役經(jīng)驗(yàn)上有所欠缺，在退役技術(shù)上還存在較大差距。與上述國(guó)家相比，我國(guó)還未有實(shí)質(zhì)性地開展核電廠的退役工作。因此，了解和分析國(guó)外核電廠的退役經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)開展核電廠退役策略的選擇具有重要的借鑒意義。