高放廢物地質(zhì)處置的安全評(píng)價(jià)模擬研究：以甘肅北山為例

段先哲，牛蘇娟，王燦州，王 駒，周志超，凌 輝，唐振平，李 南

(1.南華大學(xué)資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；2.稀有金屬礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)與廢物地質(zhì)處置技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽(yáng) 421001；3.中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029)

核能是一種安全、清潔、高效的能源。一座年發(fā)電量106kW的核電站，每年需要27 t濃縮鈾作為燃料。同樣功率(106kW)的火力發(fā)電站，每年要消耗300萬(wàn)t左右的標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)是核能大國(guó)，目前有47臺(tái)在運(yùn)核電機(jī)組。核技術(shù)在大規(guī)模應(yīng)用的同時(shí)，核燃料被消耗掉所產(chǎn)生的廢物問(wèn)題越來(lái)越突出。這些核廢料具有放射性強(qiáng)(最高可達(dá)4×1015Bq/L放射劑量)、毒性大(例如10 mg钚可使一人致死)、半衰期長(zhǎng)(例如半衰期有44億年的238U)等特點(diǎn)，被稱為高放廢物。目前，低水平放射性廢物和中水平放射性廢物已有較好的處置方法，但高水平放射性廢物(以下簡(jiǎn)稱“高放廢物”)的安全處置仍是難題。如何安全妥善處置高放廢物，也是我國(guó)核技術(shù)和國(guó)防科學(xué)工業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)和難題。目前國(guó)際公認(rèn)的技術(shù)上唯一可實(shí)施的處置方案就是深部地質(zhì)處置，簡(jiǎn)稱“挖坑埋”[1-2]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，高放廢物深部地質(zhì)處置方案已被大多數(shù)國(guó)家所接受，并投入了大量的人力物力對(duì)該方案所面臨的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究，而安全評(píng)價(jià)是高放廢物地質(zhì)處置不可分割的一部分。本文論述了高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)安全評(píng)價(jià)的特性，并以我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)首選預(yù)選區(qū)甘肅北山為對(duì)象，開(kāi)展了高放廢物地質(zhì)處置安全評(píng)價(jià)模擬研究，旨在為我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置安全評(píng)價(jià)提供建議與參考。模擬研究中基于該預(yù)選區(qū)的地質(zhì)水文條件和人文經(jīng)濟(jì)條件，運(yùn)用國(guó)際上通用的放射性廢物運(yùn)輸安全評(píng)估軟件GoldSim，利用蒙特卡羅隨機(jī)模擬方法，構(gòu)建了處置庫(kù)關(guān)閉后的破損情景，對(duì)擬貯存60 000個(gè)廢物罐的處置庫(kù)關(guān)閉后100萬(wàn)年期間的輻射水平進(jìn)行了模擬計(jì)算。

1 高放廢物的地質(zhì)處置

地質(zhì)處置是指在距離地表500～1 000 m深，安全處置高放廢物的礦山式地下工程。由多重屏障組成，可以有效阻擋高放廢物中放射性核素的遷移。其中多重屏障主要包括玻璃固化體、包裹廢物體的廢物罐、緩沖材料、外部圍巖等，如圖1所示。并且位于精心選擇的穩(wěn)定地質(zhì)體中，如花崗巖、黏土巖、凝灰?guī)r和巖鹽等[3]。

圖1 高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)概念設(shè)計(jì)圖Fig.1 Conceptual design drawing of high levelradioactive waste geological disposal(資料來(lái)源：文獻(xiàn)[2])

目前全球擁有核工業(yè)的國(guó)家正在積極探索安全處置高放廢物的高科技研究新課題，但至今尚無(wú)高放廢物處置庫(kù)投入運(yùn)作。我國(guó)的高放廢物地質(zhì)處置研究從1985年開(kāi)始，30多年來(lái)開(kāi)展了大量工作。2006年2月，原國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部和原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布了《高放廢物地質(zhì)處置研究開(kāi)發(fā)規(guī)劃指南》，提出選址→地下實(shí)驗(yàn)室→處置庫(kù)的建設(shè)技術(shù)路線階段，21世紀(jì)中葉建成高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)[4]。目前已經(jīng)基本確定高放廢物采用玻璃固化，以甘肅北山為建設(shè)場(chǎng)址，將花崗巖作為處置庫(kù)的主要巖型，以內(nèi)蒙古高廟子膨潤(rùn)土礦床作為高放廢物處置庫(kù)緩沖回填基材，并且確定了添加劑的配方，處置庫(kù)設(shè)計(jì)以安全為核心，永久處置為目標(biāo)，由巷道、豎井、硐室組成[5-6]。

由于含有長(zhǎng)半衰期的放射性核素，并且核素差異性很大，半衰期有從約5 d的210Bi到44億a的238U，同時(shí)所處環(huán)境特征為高溫、高地應(yīng)力、地下水作用、深部氣體作用相互影響。因此，為了安全處理國(guó)內(nèi)高放廢物，必須考慮放射性核素(放射性濃度和半衰期)的安全評(píng)估[2-6]。要求地質(zhì)處置庫(kù)的安全評(píng)價(jià)期至少要達(dá)到1萬(wàn)a，甚至更長(zhǎng)的安全期，并且要求有科學(xué)、可信的手段評(píng)價(jià)處置庫(kù)是安全的。這是當(dāng)今任何一個(gè)工程所沒(méi)有的要求，因此，也就需要對(duì)處置庫(kù)未來(lái)(1～10×105a)突發(fā)情況下的放射性水平進(jìn)行演化，做出預(yù)測(cè)，也是安全評(píng)價(jià)的重要研究?jī)?nèi)容之一。

2 高放廢物的安全評(píng)價(jià)

安全評(píng)價(jià)是高放廢物處置研究的重點(diǎn)難點(diǎn)。對(duì)于篩選出來(lái)的場(chǎng)址以及將要在場(chǎng)址中建造的處置庫(kù)，需要開(kāi)展安全評(píng)價(jià)，包括對(duì)處置庫(kù)正常情景和不同情景下引起的輻射危害進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]。

目前階段的主要任務(wù)是通過(guò)評(píng)價(jià)模型對(duì)特定景象精心試算從而建立起框架體系，加強(qiáng)安全評(píng)價(jià)方法學(xué)研究，初步篩選出關(guān)鍵部位和特性參數(shù)，為以后的處置庫(kù)工程設(shè)計(jì)、安全分析、環(huán)境評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)；開(kāi)展處置系統(tǒng)的安全指標(biāo)和總體安全目標(biāo)的研究，加強(qiáng)不確定性分析和情景模擬開(kāi)發(fā)研究，為完成場(chǎng)址初步調(diào)查方向提供依據(jù)；優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，完善安全評(píng)價(jià)的穩(wěn)定性、追溯性，對(duì)處置庫(kù)的未來(lái)演變情景進(jìn)行全面分析；完成場(chǎng)址詳細(xì)調(diào)查的安全評(píng)價(jià)報(bào)告[8-9]。

對(duì)于準(zhǔn)備建造的地下處置庫(kù)，需要開(kāi)展安全評(píng)價(jià)，即對(duì)高放廢物地質(zhì)處置引起的輻射變化進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，包括正常演化和異常情況下引起的輻射危害進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]。 其通常流程是首先進(jìn)行資料收集和現(xiàn)場(chǎng)勘查，確定評(píng)價(jià)內(nèi)容以及要分析的目標(biāo)系統(tǒng)的整體情況和單元情況，隨后分析演變過(guò)程構(gòu)想未來(lái)可能遇到的各種事件或者作用，來(lái)構(gòu)建處置庫(kù)可能產(chǎn)生的各種情形，這一過(guò)程即情景分析；然后通過(guò)建立的模型模擬可能發(fā)生的情形，并對(duì)相應(yīng)的情況進(jìn)行安全性分析和危險(xiǎn)性分析；最后將模擬的結(jié)果與有關(guān)規(guī)范或者相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比以評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全性，同時(shí)給出技術(shù)修改意見(jiàn)或者操作建議，從而找出最佳方案。其中，在情景分析的過(guò)程中，不能遺漏潛在的危險(xiǎn)和可能轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的危險(xiǎn)，著重對(duì)危險(xiǎn)的種類、性質(zhì)、條件、概率、范圍進(jìn)行分析從而估算概率[7-9]。難點(diǎn)是如何合理地確定需要評(píng)價(jià)的情形以及在這些情況下的模型構(gòu)建，對(duì)已查明的危險(xiǎn)通過(guò)建模來(lái)量化，為最終的決策者提供準(zhǔn)確的依據(jù)，如圖2所示。

圖2 安全評(píng)價(jià)基本步驟Fig.2 Basic steps of safety evaluation

3 甘肅北山處置庫(kù)安全評(píng)價(jià)

我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置研究工作開(kāi)展后，在全國(guó)篩選了華南預(yù)選區(qū)、華東預(yù)選區(qū)、西南預(yù)選區(qū)、內(nèi)蒙古預(yù)選區(qū)、新疆預(yù)選區(qū)、西北預(yù)選區(qū)(甘肅北山)[11-12]，經(jīng)過(guò)初步對(duì)比，確定甘肅北山為重點(diǎn)預(yù)選區(qū)，從1990年起開(kāi)始在北山開(kāi)展研究；2011年7月，甘肅北山被確定為我國(guó)高放廢物處置庫(kù)首選預(yù)選區(qū)[12]。

3.1 預(yù)選區(qū)概況

北山預(yù)選區(qū)位于甘肅省西部酒泉地區(qū)，河西走廊以北，地理坐標(biāo)為北緯40°00′～42°00′，東經(jīng)96°40′～98°40′，面積約為550 km2。該區(qū)海拔標(biāo)高1 400～2 500 m，相對(duì)高差小于110 m，地表呈現(xiàn)典型的巖漠戈壁景觀，植被稀少基巖裸露。氣候?yàn)榈湫偷母珊禋夂?，降雨稀少、蒸發(fā)量大。所在地地殼穩(wěn)定，地應(yīng)力適中，花崗巖體規(guī)模巨大、完整、裂隙少，巖石高強(qiáng)度、高密度、低滲透，地下水具有弱含水、低滲透、低流速、還原性特征[13-14]。場(chǎng)址地下水賦水性差，地下水源自大氣降水補(bǔ)給且受蒸發(fā)作用影響，巖體和斷裂均為低滲透性，水力梯度低，水動(dòng)力條件弱。場(chǎng)址為低地應(yīng)力水平，巖石強(qiáng)度較高，對(duì)地下工程圍巖穩(wěn)定性非常有利，從氣候條件、地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)條件和人文條件來(lái)講，比較適合作為處置庫(kù)的建設(shè)所在地。

3.2 針對(duì)預(yù)選區(qū)的安全評(píng)價(jià)建模與分析

對(duì)處置庫(kù)的安全評(píng)價(jià)需要在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬計(jì)算和分析。對(duì)于處置庫(kù)關(guān)閉后的多種情景，需要搭建數(shù)學(xué)模型和模擬模型，然后進(jìn)行計(jì)算得到結(jié)果[15]。

3.2.1 過(guò)程模擬

高放廢物深地質(zhì)處置中，工程屏障系統(tǒng)(EBS)的主要作用是阻止放射性核素的泄露并遷移至生物圈。工程屏障系統(tǒng)(EBS)一般由高放廢物體、包裝容器、緩沖材料三部分組成[16]。

從空間角度來(lái)看，設(shè)施泄漏的放射性核素通過(guò)工程屏障(例如混凝土)，然后擴(kuò)散到可滲透的飽和地下水，穿過(guò)巖石并最終進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)會(huì)對(duì)人類和環(huán)境產(chǎn)生放射性影響。從影響因素角度來(lái)看，這一過(guò)程速度很慢，不僅要考慮核素的衰變、沉淀、吸附、解析、溶解和增長(zhǎng)等過(guò)程，還要考慮遷移過(guò)程中受到的壓力、地下水、各個(gè)單元的理化特性、微觀結(jié)構(gòu)、膠體作用、細(xì)菌作用、腐殖質(zhì)作用和輻射作用等因素的影響[17]。

3.2.2 情景模擬設(shè)定

為搭建高放廢物安全處置的理論評(píng)估模型，必須對(duì)過(guò)程做合理簡(jiǎn)化，故做如下設(shè)定[16]。

1) 安全評(píng)估模型模擬計(jì)算的開(kāi)始時(shí)間為玻璃固化體包裝容器失效時(shí)間，玻璃固化體因?yàn)榈叵滤g作用對(duì)于核素的遷移無(wú)任何阻滯效果。

2) 假定廢物罐失效后，廢物罐與緩沖材料之間的間隙此時(shí)也已經(jīng)被地下水充滿，緩沖材料處于被地下水飽和狀態(tài)，并且地下水核素濃度均勻分布，其最高濃度受在地下水溶液中溶解度限制。玻璃固化體與地下水接觸溶解的產(chǎn)物均勻分布在間隙里。

3) 假定廢物罐失效后，氣體已經(jīng)排出，周圍環(huán)境溫度相同。忽略由于核素輻射作用、化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生的氣體對(duì)模型產(chǎn)生的影響。

4) 假定核素從緩沖材料單元被釋放出來(lái)后，迅速遷移到外部圍巖。假定在緩沖材料中核素遷移只有擴(kuò)散作用機(jī)制，忽略緩沖材料的膠體作用和微生物作用。

5) 工程屏障滿足相關(guān)要求，未來(lái)的氣候條件與當(dāng)年的氣候條件相同，未來(lái)的人類活動(dòng)與當(dāng)前相同。

6) 假定核素是從玻璃固化體中緩慢釋放，釋放速率與玻璃固化體的溶解速率成正比。

7) 忽略圍巖裂隙間的膠體作用和微生物作用。忽略其他地質(zhì)事件對(duì)巖石圈的影響。

8) 假定天然屏障中核素遷移主要以平流遷移為主，縱向彌散長(zhǎng)度為遷移長(zhǎng)度的十分之一。假定天然屏障中的斷裂帶與地下水流線平行且為直線，并且斷裂與導(dǎo)水節(jié)理帶和淺層蓄水層互相銜接。

9) 假定生物圈與工程屏障直接接觸，核素?cái)U(kuò)散到生物圈之后是瞬時(shí)稀釋，在生物圈的遷移速度比在處置庫(kù)和屏障中要快得多。

10) 假定在全部模擬過(guò)程中核素之間不互相干擾。

3.2.3 計(jì)算模型

放射性核素的遷移行為模擬研究主要是通過(guò)計(jì)算軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，獲得核素從地質(zhì)屏障的釋放率。GoldSim軟件是一個(gè)用戶友好的高度圖形化的程序，該程序可對(duì)流動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)和概率模擬。通過(guò)該程序的污染物運(yùn)輸(contaminant transport，CT)模塊，可以模擬放射性核素等污染物的遷移和劑量估算[15]。CT模塊的質(zhì)量傳遞模型可用于計(jì)算處理系統(tǒng)中特定位置的質(zhì)量通量，以及地下水、土壤和空氣等物質(zhì)中的濃度，這些質(zhì)量平衡計(jì)算的結(jié)果可用于評(píng)估暴露劑量或風(fēng)險(xiǎn)。GoldSim軟件的獨(dú)特性在于對(duì)蒙特卡羅(MonteCarlo)模擬的運(yùn)用，對(duì)整個(gè)處置設(shè)施發(fā)展不確定性的分析，主要是對(duì)處置設(shè)施的未來(lái)輻射進(jìn)行模擬。隨機(jī)抽樣方法主要用于風(fēng)險(xiǎn)的定量分析，屬于風(fēng)險(xiǎn)管理的一種，也是項(xiàng)目進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析的重要方法。由于傳統(tǒng)方法不能真實(shí)地模擬實(shí)際過(guò)程，所以很難得到滿意的結(jié)果，而蒙特卡羅方法能夠彌補(bǔ)這一短板，解決問(wèn)題與實(shí)際相比很符合，能取得很好的效果。

在該模型中，計(jì)算核素從廢物罐泄露后的釋放速率，通過(guò)組合和鏈接由GoldSim程序提供的各種傳輸路徑來(lái)模擬質(zhì)量轉(zhuǎn)移，來(lái)定義釋放的放射性核素的行為。在該評(píng)估中，通過(guò)應(yīng)用Cell途徑和Aquifer途徑對(duì)通過(guò)平流和擴(kuò)散進(jìn)行的核素遷移建模。GoldSim軟件中的處置設(shè)施建模將所有源，進(jìn)場(chǎng)區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域定義為Cell pathway，而起源區(qū)域定義為Aquifer pathway。建模如圖3所示。

3.2.4 計(jì)算參數(shù)

本次模擬求解所需參數(shù)主要包括核素相關(guān)參數(shù)和緩沖材料相關(guān)參數(shù)，源項(xiàng)數(shù)據(jù)涉及到核素類型及存貨。當(dāng)前我國(guó)對(duì)于廢物罐裝載量沒(méi)有進(jìn)行規(guī)定，但我國(guó)的乏燃料廢物特征與日本的乏燃料廢物有一定相似性，考慮到這一點(diǎn)，本文引用日本模擬的核素種類和存量，主要參考與我國(guó)當(dāng)前處置概念類似的日本原子能機(jī)構(gòu)(JAEA)的H12報(bào)告[18]。計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1和表2。

圖3 核素計(jì)算模型(GoldSim)Fig.3 Nuclide calculation model implemented in Goldsim(注：帶箭頭的直線表示核素從一個(gè)單元向另一個(gè)單元的遷移。)

表1 核素?cái)?shù)據(jù)Table 1 Nuclide data

續(xù)表1

表2 緩沖材料相關(guān)參數(shù)Table 2 Buffer material related parameters

4 結(jié)果分析與對(duì)比

4.1 結(jié)果分析

根據(jù)核素在地質(zhì)圈中遷移的計(jì)算模型，使用GoldSim軟件進(jìn)行計(jì)算，具體模擬結(jié)果如圖4和圖5所示。處置庫(kù)在正常演變情景下(演變的過(guò)程是可預(yù)知的，并且發(fā)生的事件經(jīng)歷了演變，因此是一種可能性較大的預(yù)期事件)，廢物罐失效后核素溶解，隨著地下水?dāng)U散出屏障到達(dá)生物圈。圖4以甘肅北山預(yù)選區(qū)處置庫(kù)為研究對(duì)象，基于正常演變的情景，對(duì)處置庫(kù)的核素遷移進(jìn)行模擬，對(duì)系統(tǒng)關(guān)閉后的輻射對(duì)象進(jìn)行研究，并對(duì)其安全性進(jìn)行評(píng)估。

由圖4可知，在整個(gè)評(píng)價(jià)時(shí)間尺度范圍內(nèi)(106a)，對(duì)放射劑量有重要貢獻(xiàn)的關(guān)鍵核素為79Se、135Cs、229Th。由圖5可知，廢物罐失效后核素總釋放率先增大后減小，峰值為9.35×106Bq/a，在達(dá)到最大值后迅速降低，后來(lái)又出現(xiàn)了一次上升，隨后逐漸減小直到趨于0。 從整體上來(lái)看，多層屏障系統(tǒng)起到了很好的阻隔作用，即使在峰值，總體的劑量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)際輻射防護(hù)協(xié)會(huì)(ICRP)規(guī)定的0.3 mSv/a限值。

圖4 處置庫(kù)核素釋放率隨時(shí)間的變化Fig.4 Release rate of disposal nuclide

圖5 廢物罐失效后核素釋放率隨時(shí)間的變化Fig.5 Radionuclide release rate after the waste tank fails(注：使用蒙特卡洛模擬多次情形，顏色越深表示可能出現(xiàn)的幾率越大，但是總體都低于安全值。)

4.2 模型對(duì)比

不同國(guó)家對(duì)于本國(guó)高放廢物處置庫(kù)有不同的處置理念和處置方法，會(huì)針對(duì)本國(guó)實(shí)際情況制定相應(yīng)的安全評(píng)價(jià)方法和模型。雖然情況存在差異，但是通過(guò)對(duì)比不同模型，了解差異，可以更好地進(jìn)行模型搭建。

4.2.1 美國(guó)

美國(guó)的高放廢物處置技術(shù)處于世界先進(jìn)水平，在2017年已經(jīng)建成尤卡山高放廢物處置庫(kù)。美國(guó)運(yùn)用GoldSim軟件中的污染物傳輸模塊來(lái)模擬核素的釋放和傳輸，并計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)的濃度和質(zhì)量通量，涉及多個(gè)設(shè)施和環(huán)境介質(zhì)，如廢物源、工程屏障、非飽和帶、含水層、圍巖、水域和大氣[20-21]。在GoldSim軟件中以Cell pathway單元和Aquiefe pathway單元表示路徑，情景演變假定了處置庫(kù)關(guān)閉后的各種情景。建模概念圖如圖6所示，滲透物(infiltration)通過(guò)地質(zhì)作用滲透到高放廢物罐(silo)，處置庫(kù)失效后核素泄露隨著滲透物遷移到混凝土工程屏障(concrete wall)，接著遷移到近場(chǎng)圍巖(nearfield host rock)和遠(yuǎn)場(chǎng)圍巖(farfield host rock)，同時(shí)污染了井礦水(well)，最終擴(kuò)散到近海(near shore ocean)和遠(yuǎn)海(far shore ocean)，并在近海和遠(yuǎn)海之間產(chǎn)生對(duì)流作用。

圖6 美國(guó)高放廢物地質(zhì)處置GoldSim建模示意圖Fig.6 Schematic diagram of GoldSim modeling of high-level radioactive waste geological disposal in the United States

處置庫(kù)關(guān)閉后，泄露的核素通過(guò)地下水運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散出了工程屏障最終到達(dá)生物圈，對(duì)人類產(chǎn)生了影響。輸入和流量模型容器分別包括各模型的輸入數(shù)據(jù)和地下水流量模型。 污染物轉(zhuǎn)運(yùn)容器是放射性核素路徑的主要模擬部分。 最后，生物圈容器用于計(jì)算放射性核素濃度的個(gè)人劑量。 假定地下水流入率等于處置區(qū)的流速，含水層流速假定為23 604 m3/a[21]。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，10種放射性核素——14C、210Pb、226Ra、231Pa、234U、237Np、238U、240Pu、241Am和248Cm超過(guò)1×10-7mSv/a，盡管240Pu、241Am和248Cm劑量水平較低，但是14C、210Pb、226Ra和237Np劑量水平較高，特別是210Pb(226Ra的子核素)和226Ra分別產(chǎn)生了0.168 mSv/a和0.852 mSv/a。10 500年后出現(xiàn)的最大個(gè)人總劑量為2.022 mSv/a。在10種放射性核素種，210Pb約占最大總劑量的58%[25]。最終在符合性標(biāo)準(zhǔn)方面，處理達(dá)到了規(guī)范要求，驗(yàn)證了其安全性。

4.2.2 韓國(guó)

韓國(guó)是一個(gè)資源貧乏的國(guó)家，到2030年，韓國(guó)計(jì)劃運(yùn)營(yíng)38座核反應(yīng)堆，占該國(guó)發(fā)電總量的近60%。韓國(guó)原子能研究所(KAERI)是該國(guó)唯一負(fù)責(zé)高放廢物處置的機(jī)構(gòu)，并且制定了管理核廢料的100年計(jì)劃，韓國(guó)評(píng)價(jià)高放廢物的模型獨(dú)特之處在于，它與技術(shù)合作伙伴開(kāi)發(fā)了一種“集成模型”，該模型預(yù)測(cè)了未來(lái)100年的高放廢物的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、再處理和處置。該模型被稱為ENVI(具有遠(yuǎn)見(jiàn)和創(chuàng)新的環(huán)保核能規(guī)劃)。

韓國(guó)也使用GoldSim軟件對(duì)處理設(shè)施關(guān)閉后進(jìn)行了初步安全性評(píng)估，將評(píng)價(jià)結(jié)果與法律規(guī)定值進(jìn)行比較，以對(duì)處理方式的安全性進(jìn)行比較。通過(guò)GoldSim軟件的CT(content transport)模塊，實(shí)現(xiàn)了放射性核素的擴(kuò)散模擬。評(píng)價(jià)采用了Cell pathway和Aquiefe pathway，建模將船員港、近水區(qū)及生態(tài)區(qū)全部定義為Cell pathway，原界域定義為Aquiefe pathway，分別模擬了正常情景和地下水入侵的情形[22-23]。河流通過(guò)處理設(shè)施的頂板滲透到設(shè)施內(nèi)，放射性核種溶解在滲流進(jìn)來(lái)的液體中，通過(guò)對(duì)流現(xiàn)象通過(guò)工程屏障(混凝土)后，最后擴(kuò)散到生態(tài)區(qū)。所有的數(shù)據(jù)處理方式都假設(shè)為單一設(shè)施，共評(píng)價(jià)了35個(gè)核素，總庫(kù)存量為3.176×1014Bq，處理設(shè)施地區(qū)的全年降水量、地表流出量和蒸發(fā)量分別為127.270 mm、111.250 mm和712.847 mm[23]。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，模擬情景下的最大劑量約為1×10-7mSv/a，與韓國(guó)規(guī)定的安全值0.10相比較，具有1×106倍的限度，因此可以長(zhǎng)期確保足夠的安全性。

4.2.3 對(duì)比結(jié)論

對(duì)比結(jié)果表明，國(guó)外在安全評(píng)價(jià)方面發(fā)展更快。從時(shí)間尺度上來(lái)講，國(guó)外的模擬更久，時(shí)間達(dá)到了1×107a量級(jí)；從分析單元來(lái)說(shuō)，國(guó)外的評(píng)價(jià)單元更加復(fù)雜詳細(xì)，涉及到的系統(tǒng)更多，評(píng)價(jià)結(jié)果越可靠[24-25]。

5 結(jié) 論

1) 論述了我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置的相關(guān)進(jìn)展以及高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)安全評(píng)價(jià)的特性，并運(yùn)用GoldSim軟件對(duì)甘肅北山處置庫(kù)預(yù)選區(qū)進(jìn)行了概念模型和計(jì)算模型的構(gòu)建。安全評(píng)價(jià)模擬計(jì)算初步顯示100萬(wàn)年內(nèi)沒(méi)有核素釋放到生物圈，是一個(gè)安全的場(chǎng)址，可以為我國(guó)高放廢物安全評(píng)價(jià)研究提供技術(shù)基礎(chǔ)。需要指出的是，目前我國(guó)的高放廢物地質(zhì)處置安全評(píng)價(jià)研究仍與國(guó)際水平有一定差距，需要開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

2) 目前高放廢物的地質(zhì)處置安全評(píng)價(jià)還存在一些重大技術(shù)難題(例如裂隙介質(zhì)水文地質(zhì)模擬、大規(guī)模流場(chǎng)模擬、關(guān)鍵塊體識(shí)別和建模、初步試算能力、處置庫(kù)場(chǎng)址地質(zhì)演化的預(yù)測(cè)、地質(zhì)處置系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)方法及計(jì)算機(jī)仿真等)需要突破。安全評(píng)價(jià)是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，需要不斷迭代漸進(jìn)，其模擬研究同樣需要不斷深入。