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四、核废料及处理1.核废料问题2.核废料的处置2.未来处置核废料的几种方案1.核废料问题（1）定义：核废料泛指在核燃料生产、加工和核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料。也专指核反应堆用过的乏燃料，经后处理回收钚239等可利用的核材料后，余下的不再需要的并具有放射性的废料。（2）分类：核废料按①物理状态可分为：固体、液体和气体；按②放射性活度又可分为：高水平（高放）、中水平（中放）和低水平（低放）；按③反射性污染物的寿命分：长寿命（长半衰期）、中寿命（中半衰期）、短寿命（短半衰期）核废料的半衰期从数万年到10万年不等（2）来源：天然来源：火山喷发、风沙、水流侵袭温泉喷涌等人工来源：核电站、核武器、医疗、教学、科研、核原料开采、铀浓缩等实质来源：核燃料的衰变与裂变。235231492902UThHeα衰变2382399292nUU𝚼衰变235144899256363nUBaKrn裂变2392390239092931941UNpePue𝛃衰变具体来源：（1）核燃料使用完毕后剩余废物（2）燃料元件包壳破损（3）反应堆结构材料冲蚀-腐蚀产物60Co、55Fe、51Cr、54Mn、59Ni、65Zn（4）冷却剂13N、19O、3H及其中的杂质24Na、27Mg、45Ca（5）化学添加剂一回路冷却剂带有很强放射性，二回路介质也可能有放射性。（3）数量：一座100万千瓦的核电站一年产生几十吨放射性废料，这些核废料加工处理后将产生：4立方米高辐射核废料、20立方米中辐射核废料、140立方米低辐射核废料、200立方米非辐射性废料。目前全世界443座核反应堆已积累了36万吨致命的高放射性核废料（致命放射性污染可持续10万年以上），而且还在以每年1.2万吨的速度增长。美国核发电站产生的核废料共有4.5万吨，并且正以每年2000吨的速度增加。德国核电站、实验室及医学机构每年产生20万立方米放射性废料。根据中国核能协会的数据，现有48台机组将使我国2020年乏燃料数量累计达到1万吨，并以每年1200吨的速度继续增加。（4）组成：主要是U238的衰变产物、裂变产物、U235的裂变产物、衰变产物、其产物的继续衰变产物。共计200-300种放射性原子，几乎包含所有90号以上元素高放核废物的组成：①不予处理的乏燃料②乏燃料后处理第一循环萃取废液，或随后萃取循环的浓缩废物；③高放废液的固化体；④核燃料的包壳元件⑤控制棒等中放核废物的组成：指放射性水平介于低放废物和高放废物之间的放射性废物①核反应堆、乏燃料后处理第二次或第三次循环溶解萃取液②净化溶剂废液③洗涤废气的废液④去污泥浆⑤低放废液的浓缩液低放核废物的组成：包含绝大多数核废物①核反应堆中的去污水②循环冷却水③医疗科研中受核污染的的动物尸体、器官④选矿水、核设施地面排水、洗涤水⑤放射性气溶胶、污染的塑料、玻璃、劳保物品等一般以30年为界进行放射物体寿命的区分长寿命核素239Pu(钚-242、和钚-238)、237Np、99Tc、129I；特长寿命核素126Sn、79Se、36Cl、107Pd、59Ni等钚-239,裂变速度快，临界密度小，要用三米厚的水泥才能挡住核辐射。有些核性能比铀-235（235U）好，是核武器重要的核装料。二战中投于长崎市的原子弹，就使用了钚制作内核部分钚元素毒性很强,特别是从呼吸道被人体吸入,原因是肺部对辐射特别敏感.若被食用,钚元素造成的伤害将会较低,但仍可到达各个器官,永久留在体内,令人体组织曝露于可致癌的辐射当中.钚会在人体内释出带有高能量的阿尔法粒子,当阿尔法粒子撞击人体组织,就足以损害细胞的脱氧核糖核酸,从而引起致癌的突变.进入人体后,钚元素被排出的速度非常慢,在人体内的半衰期仍然长达200年.钚的同位素钚有二十种放射性同位素。其中寿命最长的有钚-244(半衰期为8080万年)、钚-242(半衰期为373300年)及钚-239(半衰期为24110年)。动物组织内只要含达每公斤数毫克的钚就能致死百度百科曾经谣传只要约一粒方糖大小（约5克）的钚便足以令全球人类死亡。香港无线电视的新闻节目曾引用此谣传，结果被当地监管机构警告，指报道令观众惊恐，未有提供足够证据确保报道准确[。邓稼先曾在1979年一次核航弹空投试验失败后接触过用于制造其核装置的钚，最终仍活到1986年（死因为长期放射伤害导致的癌症），可见钚并没有如谣言中所描述的剧烈急性毒性高放射性并长寿的超铀元素（锕系金属）(5)特征①放射性。核废料的放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰变而减少。而核废料的半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年②射线危害。核废料放出的射线通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。如果人被辐射，可能会引起癌变或其他疾病。③热能释放。核废料中放射性核素通过衰变放出能量，当放射性核素含量较高时，释放的热能会导致核废料的温度不断上升，甚至使溶液自行沸腾，固体自行熔融。（1）核废料的管理原则①尽量减少不必要的废料产生并开展回收利用。②对已产生的核废料分类收集，分别贮存和处理。③尽量减少容积以节约运输、贮存和处理的费用。④向环境稀释排放时，必须严格遵守有关法规。⑤以稳定的固化体形式贮存，以减少放射性核素迁移扩散。2.核废料的处置临时存放方案硼水每个核电站的核废料临时存放库可存放电站运行10年产生的核废料解决核废料的方法之一是不间断地建设新核电站①隔离或贮藏短寿命的废料；②近地面处理低级废料和一部分中级废料；③地下深入保护性掩埋（深地质处置）长寿命的高级废料。（2）目前可行的核废料的处置方案从目前科技发展看，深埋是核废料处理最现实的方法，即把核废料深埋于岩石、盐或粘土层并使用天然及人工屏障来隔离。①德国：玻璃固化并装入金属容器后深埋下萨克森州的戈尔雷本、康拉德等地可作为核废料终存库。其地理状况十分理想，人口密度小，雨水少、蒸发量大，地壳较稳定，几百米地下有一个大盐层，可保证核废料库干燥环境。到2030年德国还需建立一个核废料和30万立方米中低辐射核废料终存库，以存放预计产生的2.4万立方米高辐射核废料和30万立方米中低辐射核废料。（3）世界各国核废料处置的方案尝试戈莱本德国决定于2022年终止国内所有核电站的运行目前德国多采用玻璃固化并装入金属容器后深埋的方法。高辐射核废料与玻璃熔化固化成半透明圆柱体，放入钢制容器中。中低辐射核废料在高湿炉中焚烧，把灰烬与水泥浇灌在桶状容器内。所有核废料最后用混凝土覆盖埋入地下。②加拿大：试图将核废料深埋在沉积岩里目前，加拿大的190万包核废料临时存放在22座核电站，采用混凝土罐包裹的方式。这些核废料的放射性将维持1万年以上。研究将重点主要放在如何将核废料安全存放在花岗岩中。较早期的研究结果表明，“加拿大盾牌”的花岗岩是唯一能够满足数千年安全存放放射性核废料的稳定岩石构造。加拿大政府环境部门也认为该方案是最安全的。2005年5月，首次提出了一种替代方案，即将核废料深埋在安大略南部和魁北克以及哈德逊湾的西岸地下深处的沉积岩石里。安大略省南部地区都是地下存放核废料的适合地区。22个小城市争埋核废料加拿大正在选择深埋核废料的地点，并以经济好处征集愿意提供土地进行填埋的城市。这些核燃料棒现在是装在金属管子中，加起来约有24公里长，需要四个冰球厂那么大的地方做永久性处理，将其深埋到地下500米处，并密封10万年。尽管深埋这些核废料是否安全仍有争论，但已有22个小城市表示愿意接收，政府正在评估这些申请城市的安全条件，已经排除了11个，最后确定掩埋的地点预计还需要十几年的时间。③瑞典：主动接受核废料瑞典北部福什马克核电站附近的奥萨马尔镇是世界上第一个永久性核废料储存库。④美国：建设核废料储存基地遭遇地方抵触早在2002年，布什政府和美国国会就通过了能源部在内华达州尤卡山区建设一座储存容量约为7万吨核废料储存基础的议案。该基地拟建在距拉斯维加斯市北部90英里处的亚卡山区，拟建成一座全国性的核废料储存基地，用于掩埋来自各州的高辐射核废料。尤卡山2010年3月4日尤卡山处置库计划正式终止。尤卡山的正式终止意味着实现1982年核废物政策法案的保证的努力化作投入100亿美元只换来不是一个方案的下场。昨天能源部（DOE）向核管会（NRC）递交申请，撤销了建造和运行尤卡山的申请，尤卡山计划正式终止。⑤中国：“亚洲第一坑”安然无恙中国第一个核武器研制基地地处中国西北部的青海省海北藏族自治州州府西海镇地区，先后研制成功了中国第一颗原子弹和氢弹，被称为中国“原子城”。1995年全面退役至今，与它相距仅几公里的金银滩就是当时基地工作区内所有的放射性废料被深埋之地，世人称为“亚洲第一坑”。金银滩从地图上消失成为禁区如今，国营221厂成了青海省海北藏族自治州州府所在地，取名为西海镇。404基地，在甘肃玉门市境内，对外叫甘肃矿区，是我国核工业重要的摇蓝，不过由于军转民她以不在有过去的辉煌。现在主要以处理核废料为主。家属区现在搬址嘉峪关市区。生产厂区还在玉门。甘肃北山地区，这块面积接近海南省的神秘戈壁滩，被视为中国建设高放射性核废料库的首选之地。中核瑞能科技有限公司从2010年8月开始筹建，于2011年5月9日正式注册，现纳入中核集团流程再造重要板块之一的核环保事业部。致力于我国核电站乏燃料后处理产业能力建设，经营范围涵盖核电站乏燃料处理工程与铀钚混合氧化物燃料制造工程的选址、设计、施工、投资与管理，核电站乏燃料元件的储存与后处理的管理，乏燃料处理与再循环的科学技术研究与开发以及技术咨询与服务。核废料的处理一般分海洋处理和陆地处理两种方法。多数国家采取的是海洋处理方法，即将核废料桶投入到选定的海域4000米以下的海底去。实验证明，这些核废料桶即使投到6000米以下的海底也不会破裂、泄漏。就是万一铁桶在海底破裂了，它逸射到海面上来的剂量也只有人体允许摄入量（每年100mrem）的千万分之一，一般不会给人们带来危害。而且，为了保证安全处理，各国在投放时还要受到国际监督。3.未来处置核废料的几种可能方式（1）深度钻孔（实验开发阶段）将核废料埋入地下正成为最受推崇的处理方式之一，深度钻孔这一解决方案仍处在计划阶段。深度钻孔有其优势一面，可以在距离核反应堆很近的地区进行钻孔，缩短高放射性核废料在处理前的运输距离。然而，与将核废料送入太空面临的困难一样，钚回收也是一项挑战——将核废料埋入地下3英里（约合4.8公里）是一回事，安全回收则完全是另一回事。（2）送入太空（设想）宇宙本身就会产生放射性物质，同时也可以充当地球核废料的一个储存仓库。如果穿越太阳系，或者坠入太阳之中，核废料便很难对地球上的生物带来很大威胁。但即使太空发射的安全性达到标准，在将来的某一天，我们也许需要重新找回这些物质。钚、铯、锶等本身就是有限资源，如果裂变反应堆技术先进到一定程度，它们会成为燃料。因此研究人员表示，我们似乎需要将核废料留在“身边”以便在需要的时候使用，这才是一种合理做法（3）冰层处理（设想）核废料温度很高。将核废料球放入较为稳定的冰原（南极），它们会随着周围冰的融化向下移动，之上的融冰则又再次凝固。这一想法遭到拒绝的原因很多，其中一个原因便是冰原会发生移动，导致放射性物质会像冰山一样在海洋中漂浮（4）使用液压笼如果在核废料周围建造一个类似三维壕沟的水笼，地下水便被赋予一条替代路径，不会渗入放射性物质。未来的核废料处理装置应该可以做到防泄漏，而液压笼的作用则是防止地下水污染这一最严重的情况发生。（5）埋入俯冲带将核废料埋入俯冲带可以让用过的核燃料棒沿着地球构造板块的“传送带”移动并最终进入地幔。与海床下储存一样，埋入俯冲带这种处理方式也违背国际条约。同时，来自俯冲带海床的岩浆会随着火山涌出，这也是一个不得不考虑的因素。（6）封入合成岩（各国拟采用）当前最为现实的做法——将反射性核废料埋入地下——向人们提出了一系列问题，其中包括如何防止核废料污染周围的岩石和水。一种具有可能性的处理方式是将放射性核废料封入合成岩中。合成岩于上世纪70年代研制成功，可用于储