放射性废物处理与处置

放射性废物处理与处置

李全伟

西南科技大学国防科技学院核废物与环境安全国防重点学科实验室

目录一课程安排： 48/36 学时－ 8/6 周第一章放射性废物管理内容和原则第二章放射性废物的分类第三章放射性废物的产生和废物最小化第四章气载和液体低中放废物的处理第五章废物的减容处理——焚烧和压实第六章低中放废物固化技术第七章高放废液的固化与分离

目录二课程安排： 48/36 学时－ 8/6 周第八章放射性污染的去污第九章核设施的退役第十章低、中放和极低放废物的处置第十一章高放废物处置第十二章核电站废物的处理第十三章核技术利用废物和废旧放射源的管理

放射性废物处理与处置

内容提要 9 、核设施的退役（ p185~219 ） 9.1 退役计划和准备 9.2 源项调查和监控测量 9.3 切割解体和场址清污 9.4 退役废物管理 9.5 退役的安全问题 9.6 退役活动和经验

放射性废物处理与处置第九章核设施的退役

IAEA 估计，全世界约有 2800 座核设施需要在未来的几十年中退役。

大型核设施的退役，是周期长、涉及面广、投资高的大型工程，需要几年甚至上百年的时间，复杂性往往超过新建一座核设施。

是核科技工程界当前研发的重点之一。


9.1 退役计划和准备退役定义：核设施从服役进入有计划的永久退

出服役（解除审管控制，以保护工作人员、公众和环境的安全）所需做的工作。

最终目标：无限制或有限制开放和利用场址。退役策略立即拆除： 40a ，核燃料循环前后段工厂延缓拆除： 50 ～ 100a ，大型反应堆


就地埋葬：有条件的策略。严重事故的核设施如切尔诺贝利 4 号堆；大型核基地如美国汉福特 10 个生产堆和 5 个后处理厂。

表 9-2 不同核设施的退役策略三大因素：政治、社会、地理因素技术因素经济因素


IAEA 早先规定的退役“三步曲”：（ 1 ）一级退役：监护封存期。设备倒空、清洗、

去污、管线封堵，适当进排风；对厂房内外监测并定期检查。

（ 2 ）二级退役：局部拆除期。设备部分拆除，人员进出不需监测，不需进排风；对防污染屏障抽样监测，定期环境检查，厂址有限制开放。

（ 3 ）三级退役：最终处置期。设施全部拆除，设备全部运走，不需监测检查，厂址无限制使用。


退役的认识误区退役核设施封存时间越长，辐射水平降得越低，退役成本就越小。

就地埋葬方法最简单可行，应优先考虑采用。

退役是核设施关闭之后考虑的事，不必过早考虑。

必须在彻底去污之后启动核设施退役。


退役计划：退役目标、退役程序、时间进度、预计废物量、工作人员受照剂量和费用估算。

预先保留辅助设施和熟悉的人员。退役工程立项：可行性研究报告、安全分析报告、环境影响评价报告和质量保证大纲。

组织领导机构和职责：审管部门营运者设计和监理


人员培训：技术专家、懂技术的管理人员、熟悉有关操作的工人。

课程培训模拟操作培训：计算机虚拟或实际模型的过程模拟。德国 KNK堆、英国WARG堆、比利时BRS堆退役时，做了全尺寸模拟试验，培训了操作人员和试验了远距离操作机具。

示范工程与数据库通过示范退役工程，建立数据库，开发计算机软件。


9.2 源项调查和监控测量掌握核设施内的放射性总量、分布情况和衰减

特性。源项调查的目的放射性水平易裂变物质和放射源放射性污染分布放射性核素种类、组成和数量其它危险物质


源项调查的方法文档调查计算现场调查监测设备和方法活度测量、能谱测量和剂量测量气体电离探测器、闪烁探测器、半导体探测器

和固体探测器。


堆化厂的源项调查后处理厂：溶液样品分析、仪表探测。核反应堆： ①结构材料中的中子活化产物； ②控制棒等活动部件； ③冷却回路积存的腐蚀产物活化； ①②计算，③取样分析。


清洁解控和再循环 /再利用的监控测量污染核素是若干种核素的混合物，可按下列公式来判断是否容许被解控：

式中，－放射性核素在材料中的浓度（ Bq/g ） Cli—— 放射性核素 i在材料中的清洁解控水平

（ Bq/g ）； n—材料中放射性污染核素的的种类数；

1

1n

i

i li

C

C

iC


9.3 切割解体和场址清污切割解体切割技术和工具：表 9-3 各种切割技术切割工具选择原则：安全、经济、可靠混凝土切割：爆破、钻孔、岩石分裂、金刚石锯、高压水喷射切割、火焰喷枪切割等。

金属切割：等离子体弧、电弧锯、线性定向爆破等

切割操作实践经验


拆卸设计好气流、物流和人流的合理走向，防止气溶胶的扩散污染。

整体拆运去污→切割解体→废物处理→包装→运输→处置

简化为：去污→运输→处置


反应堆石墨的拆卸、切割和包装数量大活度大含有长寿命核素 14C 和 36Cl 石墨受辐照，积累高潜能目前尚未找到满意的方法


贮槽清污贮槽底部淤泥的去除排空贮槽的处置美国浇注水泥浆的就地处置试验场址清污场址清污净化到什么水平，取决于退役总目标土壤的清污地下水的清污


就地玻璃固化基本原理：把石墨电极插入地下，通过电流产生高温（ 1600 ～ 2000℃），熔化周围土壤，电极附近区域形成熔池（图 9-4 ），最后形成整体结构的玻璃体，把放射性核素和重金属元素包容其中。

美国已用于整治被农药和重金属污染的场地。

放射性废物处理与处置第九章核设施的退役 9.4 退役废物管理废物来源：废气－切割和去污；废液－去污和冲洗；固废－拆除和固化。

退役废物管理的主要环节：废物最小化：有很多措施（ p206 ）废物分类废物包装废物出路临界事故和燃爆事故非放危险物质


退役废物的特点：（ 1 ）绝大部分的是低放固体废物；（ 2 ）数量和体积庞大，组分复杂；（ 3 ）污染较牢固，不易去除，活化产物

不可能分离与去除。确定废物处置的方法和运输路线，避免

废物“搬家”。


退役废物的处理要点严格分类：减少需要处理的废物体积。技术减容：使其体积进一步缩小，如石墨焚烧后仅占原体积的 2% ；超级水压机可减容 90％。

尽量利用：轻度污染的废钢材重新冶炼；轻度污染的工具、器材和建筑物重新使用。


9.5 退役的安全问题辐射安全辐射防护三原则退役是使关闭的核设施达到无限制开放或使用，

不给公众和环境带来危害，是必须安排的活动，所以该实践是正当的。

——强放场合的去污和拆除 ——操作 α放射性的人员 —— 退役对氚的内照射防护


核安全工业安全环境安全：减少排放，安全处置，杜绝

事故。应急预案安全保障


9.6 退役活动和经验研究堆退役： 650 座， 200多座将退役；核电站退役后处理厂的退役后处理厂的退役有许多特殊性；表 9-14 几个后处理厂退役情况乏燃料水池的退役


前处理工厂的退役铀扩散厂的退役燃料元件厂退役钚部件工厂退役加速器退役：初级粒子在加速器内碰撞、束流传输与靶件相互作用，产生次级中子或光子，使混凝土和金属部件活化，活化混凝土深度可达十几到几十厘米。

热室退役


核基地退役青海省海晏县金银滩，第一个核武器研

制基地，用 5 年时间成功完成了退役， 1993 年通过了国家验收，实现无限制开放使用。

核试验基地退役

海晏县金银滩的核武器基地 221厂


退役技术的发展趋势专用去污技术：各种材质表面（金属、油漆、塑料、混凝土等）去污技术；大面积（墙面、地面、设备表面等）去污技术；大容积（贮槽、箱室、池、井、地沟等）去污技术；针对不同污染类型（ α、 β、 γ）的高效去污剂和去污方法研究；金属熔炼去污与减容技术；污染固定技术。


专用拆除技术：高效切割技术（对金属、塑料、混凝土构筑物局部）；控制爆破技术（构筑物整体或局部）；高效压缩（减容）技术等；高效封闭材料和封闭技术。

废物处理与整备技术：金属废物的处理技术；建筑废物的处理技术；局部区域的气体净化技术；废物容器及包装物的研究等。

环境恢复与监测技术：环境整治技术；环境恢复技术；环境监测技术。


核设施退役小结核设施退役是指核设施服务期满或按规定终止

生产后，有计划地采取必要措施使其永久退出现役的过程。

退役策略有立即拆除、延缓拆除、就地埋葬。主要步骤是去污、拆除、废物处理与处置、环

境恢复与监测等。核设施退役工程是一个涉及多领域的综合性工

程，目前在世界范围仍处于探索实施阶段。


退役工作的未来退役是核事业发展的重要一环，是必需

做好的事情。退役从电费中预付，是有钱的。退役总费用大约是电站投资的 10 ～ 20％，占电力成本的 2 ～ 5％。

退役即将成为一种产业，退役技术大有可为。

第九章完

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