放射性固體廢物及其安全處置技術(最新)

1、放射性固體廢物及其平安處置技術dy2021年11月22日.核武器.核爆炸.核電站.目錄1.放射性根底知識2.放射性固體廢物根底知識3.放射性固體廢物平安處置技術4.國內外相關法律法規(guī)及開展情況.放射性根底知識根本概念衰變類型放射性衰變根本規(guī)律放射性活度放射性強度.放射性 所謂的放射性是指原子核自發(fā)地放射出射線的景象。這些原子核處于不穩(wěn)定形狀，在其發(fā)生核轉變的過程中，自發(fā)地放出由粒子或光子組成的射線，并輻射出原子核里的過剩能量，同時本身轉變成另一種核素或成為原來核素的較低能態(tài)，常見的射線有、射線。其所放出的粒子或光子，會對周圍介質或機體產生電離作用，呵斥放射性污染或危害。有時放射性也稱為電離輻射

2、。 .放射性核素放射性核素: 能自發(fā)地放射出射線的核素，稱為放射性核素以前常稱為放射性同位素，也叫不穩(wěn)定核素。目前已發(fā)現(xiàn)的放射性核素近2500種。Z83分類 ：分為天然的和人工的2種，其中天然的有60多種，絕大多數為人工放射性核素。.原子構造原子核中子質子電子(電子云)+.+從母核中射出的4He原子核 粒子得到大部分衰變能238U4He + 234Th放射性母核! 放射性核素的原子核放射出粒子而變?yōu)榱硪环N核素的原子核的過程稱為衰變。射線：是由粒子即氦原子核組成的粒子流衰變.+發(fā)生緣由母核中子或質子過多質子轉變成中子，并且?guī)ё咭粋€單位的正電荷中子轉變成質子，并且?guī)ё咭粋€單位的負電荷+中微子-反中

3、微子衰變-中微子原子軌道電子被俘獲射線：是高速運動的電子流放射性核素的原子核放射出粒子而變?yōu)榱硪环N核素的原子核的過程稱為衰變。衰變可以看成是母核中有一個中子轉變?yōu)橘|子的結果。.衰變+中微子光子處于激發(fā)態(tài)的原子核高能態(tài)向基態(tài)低能態(tài)躍遷時，其能量以光子的方式釋放出來，發(fā)射出 射線，它是一種高能量的電磁波，波長較短。核素的衰變往往是與衰變、衰變一同發(fā)生的。射線：是波長很短的電磁波光子，速度與光速一樣，不帶電.放射性衰變根本規(guī)律 指數衰減規(guī)律 N = N0e-t N0: t = 0時放射性原子 核的數目N: 經過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數目:放射性原子核衰變常數 大小只與原子核本身性質 有關，

4、與外界條件無關; 數值越大衰變越快N = N0e-t.放射性活度放射性強度定義：在給定時辰，處于特定能態(tài)的一定量放射性核素在dt時間內發(fā)生自發(fā)躍遷數的期望值dN除以dt。即：一定量的放射性核素，在單位時間內發(fā)生衰變的次數。表達式： A=dN/dt物理意義：表示放射性物質的放射性的強弱單位：國際單位：貝克 Bq 非法定計量單位：居里 Ci 1Ci= 3.71010 Bq.放射性固體廢物根底知識放射性固體廢物根本概念放射性固體廢物的分類放射性固體廢物的主要特性國內外放射性廢物產生現(xiàn)狀.放射性固體廢物 放射性固體廢物，又稱核固體廢物，是指任何含有放射性核素或被其污染的固體物質，其中放射性核素的濃度或

5、活度程度超越主管部門確定的豁免值，而且這些物質在可預見的未來無可利用不包括未處置的乏燃料。 放射性廢物以其具有較高放射性、放射毒性區(qū)別于其他非放射性有害物質。度量核廢物放射性活度的單位為Bq貝可；1Bq=1次衰變/s。.放射性固體廢物的分類IAEA分類廢物級別典型特性處置方案選擇免管廢物對公眾成員年劑量低于0.01mSv無需放射學限制低中放廢物短壽命低中放廢物限制長壽命核素的比活度（長壽命放射性核素的單個貨包中不超過4000Bq/g,平均每個貨包不超過400Bq/g）近地表處理或地質處理長壽命低中放廢物長壽命放射性核素比活度高于短壽命低中放廢物的限值地質處理高放廢物（HLW）釋熱率高于2KW/

6、m3,且長壽命放射性核素比活度高于短壽命低中放廢物的限值地質處理國際原子能機構固體廢物分類規(guī)范短壽命低中放廢物：半衰期小于30a長壽命低中放廢物：半衰期大于30amSv：毫西弗，是輻射劑量的根本單位之一.放射性固體廢物的分類我國 廢物：被钚或其他超鈾元素所沾污的各種不同的資料； 非廢物，其中按其所含壽命最長的放射性核素的半衰期長短分為四種： 含有半衰期小于或等于60d的放射性核素的廢物； 含有半衰期大于60d、小于或等于5a的放射性核素的廢物； 含有半衰期大于5a、小于或等于30a的放射性核素的廢物； 含有半衰期大于30a的放射性核素的廢物；建立在IAEA根底上GB9133-1995.放射性固

7、體廢物的主要特性易燃性發(fā)熱性放射性放射毒性化學毒性放出有害氣體易爆性主要特性部分特性某種放射性物質進入人(或動物)體內、放射性對人或動物體產生約毒害特性，稱為放射毒性。放射性廢物(尤其高放廢物)在生成后將繼續(xù)地放出大量衰變熱。在鈾系的，輻射過程中，三者釋放的熱量分別占總釋熱量的89、4.5和6.5。高放廢物和乏燃料中含有較多的長壽命輻射體，因此可釋放出較多衰變熱；低、中放廢物僅含少量長壽命輻射體，其發(fā)熱量也遠少于高放廢物。.放射性廢物的來源 前端 核燃料循環(huán) 后端核固體廢物來源 1.放射性同位素消費和運用 非核燃料循環(huán) 2.醫(yī)療、科研、教育、工業(yè) 和農業(yè)等部門運用放射性物質 3.核設備退役.地

8、質勘 探鈾礦開 采鈾礦石加工鈾精制鈾氟化鈾同位素分別金屬消費原子武器制造燃料元件制造乏燃料后處置金屬钚消費反響堆資料制造原子核反響堆同位素運用核電廠核動力船 核工業(yè)主要工藝體系方框表示圖前端后端.國內外放射性廢物產生現(xiàn)狀 核電廠運轉是當今世界核廢物最重要來源之一。 2021年，全球核電行業(yè)最大的事件，毫無疑問便是日本戲劇性的分開核國家陣容。2021年3月的地震和海嘯摧毀了福島第一核電站，呵斥日本北部大面積放射性污染，其后果之一即是日本的全球排名急劇下跌。作為曾經發(fā)電總量居前列的國家，日本在2021年5月封鎖了最后一座運轉中的核反響堆。雖然7月初有一座反響堆重新啟動，但日天性否重新恢復災難之前的

9、核發(fā)電容量，仍將是一個疑問。美國在反響堆數量、裝機容量和發(fā)電量方面處于遙遙領先的位置，法國同樣也在很大程度上依賴核電，其核電的燃料份額為77.7%，居世界之一。其依次為比利時54.0%、烏克蘭47.2%、匈牙利43.3%、斯洛文尼亞41.7%、瑞士40.9%等。中國擁有核電廠16座，核電裝機容量11 816MW居第8位，但其燃料份額僅為1.9%。 一個年發(fā)電量為6Gw的核發(fā)電體系在運轉40a間產生的核廢物總量約為19.4104 m3 (不包括鈾尾礦、燃料元件加工廢物等)。我國估計到2020年后每年將從反響堆卸出1000t乏燃料，其中剩余的鈾和钚回收后，即為待處置的高放射性廢物放射性廢物的治理

10、“任重而道遠。.放射性固體廢物平安處置技術預處置處置整備低、中放和極低放廢物的處置廢物處置高放廢物處置處置方法處置方法其他平安運輸暫時儲存.預處置目的：1.減小有待進一步加工處置和處置的放射性廢物的量。2.調整需求處置、整理和處置的放射性廢物的性質，使其更易加工處置和處置。搜集分揀去污回取.預處置搜集 一切的放射性廢物必需分類搜集。假設能夠，應根據本底輻射程度，在廢物產生時檢測其放射性含量。否那么，應將廢物放入適宜的容器中送到中心檢測站進展監(jiān)測。 分揀 1、把非放射性物質或成分從放射性廢物中分揀出來 2、根據要求把放射性廢物按規(guī)范進展恰當分類。 .預處置 去污 定義：把放射性核素從不希望其存在

11、的部位全部或部分除去。 目的：1、降低放射性程度；2、方便事故處置；3、便于退役任務；4、使再利用；5、降低儲存、運輸、處置的費用和負擔。 方法：普通為機械-物理法、化學法、電化學法、熔煉法。利用擦、刷、磨、刮、削、刨、共振等機械作用除去外表的銹斑、污垢或外表涂層、氧化膜層。用濃的或稀的化學溶劑與污染的部件相接處，以溶解帶有放射性核素的污染物、油漆涂層或氧化涂層到達去污的目的。在含有電解液的槽中，污染物做陽極，電解液做陰極，經過高密度電流100-2000A/m2 ，不斷更新電解液，可除去金屬外表污染物，使其外表變得光滑清潔。冶金法，依托熔融金屬物進展去污。經過參與適當的助溶劑，使放射性核素重新

12、分配。.預處置 回取 由于歷史緣由，、初期入庫的廢物體都沒有進展規(guī)范的分類包裝，入庫方式也都是采用向地坑內自在投放的方式，經過多年的儲存包裝容器大部分曾經腐蝕，老化腐爛，致使放射性廢物散落在坑內，這些廢物如不進展處置，將對環(huán)境帶來多方面的污染。 回取才干建立主要目的是對儲存于廢物庫地坑內的各種放射性固體廢物進展回取、分揀和包裝處置。美國德國.處置技術 熄滅：熄滅是對可燃性廢物減容的常用途置技術，將可燃性(固體、液體廢物置于高溫熄滅爐內熄滅，產生的惰性熔渣或灰燼(具有比原來高得多的比活度)供進一步固定等。熄滅工藝：分揀、破碎、進料、熄滅、排灰、煙氣冷卻、煙氣凈化等過程。熄滅爐的爐型繁多，其中最重

13、要的是過量空氣熄滅爐和熱解熄滅爐。熄滅爐普通具有以下構造系統(tǒng)：熄滅系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通風系統(tǒng)。典型的熄滅爐及其廢氣凈化系統(tǒng)熄滅爐：熄滅室鋼體外殼，內襯絕熱和耐火陶瓷資料?？諝饧訜崞髦細怏w：空氣和氧氣助燃器助燃燃料：丙烷、天然氣、柴油熄滅爐需求堅持一定負壓熄滅爐設計的根本要求：完全熄滅.處置技術 熄滅： 對于低比活度的可燃廢物來說，熄滅是最有效的減容方式，并且生成的灰燼易于加工成適于處置的穩(wěn)定方式。 熄滅廢物的放射性比活度必需控制在不會引起操作人員和公眾的受照程度超越國家規(guī)定的允許程度。假設熄滅含有大量放射性同位素的可燃廢物，要求完善的廢氣處置系統(tǒng)，投資和運轉的本錢都比較高。. 熄滅：

14、 熄滅使廢物的有機成分轉化成無機產物。熄滅過程中，熄滅系統(tǒng)必需提供放射性核素的密封，防止氣體和蒸汽逸出。 處置才干為40kg/h 的熄滅爐，按每天運轉8小時計算，處置50100 放射性廢物用時不到30天。據估計，一個才干為40kg/h的熄滅爐需求的總本錢能夠超越1000萬美圓。處置技術. 壓實依托機械力作用使廢物密實化，提高廢物整體密度，減少廢物體積。主要優(yōu)點：費用低設備簡單二次廢物極少緊縮效果用減容比表征。 減容比緊縮前廢物體積/緊縮后廢物體積放射性廢物緊縮處置的減容比普通為26，假設采用高壓緊縮機，那么減容比可達100，甚至將金屬緊縮至其近似實際密度。圓筒式緊縮機任務表示圖處置技術.普通采

15、用固化技術固化的定義：在危險廢物中添加固化劑，使其轉變?yōu)椴豢闪鲃庸腆w或構成嚴密固體的過程。放射性蒸發(fā)殘渣、泥漿和廢樹脂等濕固體和熄滅爐灰等干固體，都是彌散性物質，需求固化處置。通常，固化的途徑是將放射性核素經過化學轉變，引入到某種穩(wěn)定固體物質的晶格中去，或者經過物理過程把放射性核素直接摻入到惰性基材中。固化的目的是使廢物轉變成適宜于最終處置的穩(wěn)定的廢物體。理想的廢物固化體要具有阻止所含放射性核素釋放的特性，其普通要求如下：低浸出率，高導熱率，高的耐輻射性，高化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性，高的機械強度中、低放廢物常采用水泥固化、瀝青固化及塑料固化工藝進展固化，高放廢物常采用玻璃或陶瓷固化工藝進展固化。整

16、備技術.整備技術項目水泥固化瀝青固化塑料固化玻璃固化陶瓷固化干廢物包容量(質量百分數) 5403060306010301530浸出率(gcm2d)10-110-4 10-310-6 10-310-610-410-7 10-510-8 抗壓強(MPa)1030塑性20100(或塑性)脆性高耐輻照(Gy)10-810-710-710-910-9操作和維修簡單中等中等復雜復雜投資 低中中高高適用性低、中放廢物 低、中放廢物低、中放廢物高放、廢物高放、廢物 應用狀況工業(yè)規(guī)模 工業(yè)規(guī)模工業(yè)應用工業(yè)應用研究開發(fā)幾種主要固化方法的比較 .水泥固化： 水泥固化原理：指將放射性廢物與水泥均勻攪拌成糊狀，凝結后失

17、去流動性，逐漸硬化成固體，進展儲存或處置。水泥是一種無機膠結劑不適宜水泥固化的廢物：放射性程度高，含易揮發(fā)核素 ，金屬腐蝕或輻射分解產生氣體等優(yōu)缺陷：抗壓強度高，自屏蔽才干強，耐輻射和耐熱性能好，工藝設備簡單，投資少。增容1.52倍，放射性核素的浸出率較高。水泥：普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥，高鋁水泥等，可根據廢物的種類、性質進展選擇。 添加劑：沸石Cs、硅灰Sr、粉煤灰流動性等.水泥固化樣品水泥固化實驗現(xiàn)場.瀝青固化： 瀝青固化原理：以熔融瀝青或乳化瀝青為固化劑，與放射性廢物在一定的溫度、配料比、堿度和攪拌作用下均勻混合，同時蒸發(fā)除去水分，使廢物均勻地包容在瀝青中，最后

18、裝桶、冷卻獲得穩(wěn)定的固化體。廢物包容量為40%60%質量分數。軟化點：60瀝青軟化，發(fā)生分別和沉降 含硝酸鹽加速瀝青氧化，重金屬會對瀝青氧化起催化作用。瀝青固化工藝:鍋式法：批式消費;薄膜蒸發(fā)器法：延續(xù)消費工藝;螺桿擠壓法;轉鼓固化法瀝青固化的優(yōu)點：資料容易獲得，對廢液順應性強，鹽份包容率較高，減容比0.8，固化產品浸出率低；技術成熟，自控程度高。瀝青固化的缺陷：工藝穩(wěn)定性過分依賴于瀝青資料，工藝平安性差要嚴厲控制操作溫度不大于180，固化物起始放熱溫度230；固化產品有軟化、老化、輻射分解、生物降解和遇水易溶脹等問題。本錢較高10000元m3. 塑料固化：又稱聚合物固化，有熱塑性塑料固化和熱

19、固性塑料固化兩種。前者經過高溫形狀后冷凝能恢復原來形狀而后者不能。 塑料固化原理：以塑料為固化劑，與放射性廢物按一定比例配料，參與適量引發(fā)劑、催化劑、硬化劑和促進劑進展攪拌混合，使其發(fā)生聚合反響，將廢物包容構成具有一定強度的穩(wěn)定性固化體。塑料固化工藝： 聚酯固化：在室溫下固化廢樹脂，已建成核電站車載式流動固化安裝 環(huán)氧樹脂固化：本錢較高 聚苯乙烯固化：可包容高達70%TBP廢溶劑或65%的廢樹脂 聚乙烯固化：日本50%廢樹脂，美國橡樹嶺，20%50%TBP廢溶劑 聚氯乙烯固化：德國卡爾斯魯厄，40%50%TBP廢溶劑 脲醛固化塑料固化的優(yōu)缺陷：優(yōu)點是處置過程在室溫下進展，放射性廢液直接摻和入聚

20、合物而無需蒸發(fā)；對硝酸鹽、硫酸鹽等可溶性鹽，有很高的摻和效率；最終固化體密度小、體積小、不可燃、浸出率低。缺陷是某些有機聚合物能被生物降解，固化物老化破碎后，污染物能夠會污染環(huán)境；固化資料價錢昂貴等。 .廢物的處置.至今，多數國家將廢物暫時儲存在廢物庫中，由于廢物積量日益增多，儲存方法曾經不順應要求，而且從平安角度思索也要求人們去處置這些廢物。許多核工業(yè)國家都在研討處置廢物的方法，其中濕熄滅法被普遍以為是一種處置廢物的優(yōu)良方法。 濕熄滅法： 是指利用熱濃硫酸和硝酸250浸煮可燃性固體物質，把大部分有機物變?yōu)闅怏w產物，把大部分無機物變?yōu)榱蛩猁}和氧化物。然后將產生的高放射性殘渣進展萃取回收，剩余物

21、質最后再固化或者直接燒結。廢物的處置.處置(disposal)把廢物安放進經過同意的設備中，采用工程屏蔽和天然屏蔽相結合的多重屏蔽體系為被處置的廢物提供平安隔離，確保：1包容的短壽命核素衰減到無害程度；2包容的長壽命核素和其他有毒物質的釋放量極低，進入環(huán)境的濃度處于可接受程度。處置.低、中放固體廢物的處置方案 1陸地淺埋土壤等松散堆積物 廣泛運用2廢礦井處置鹽、鐵、鈾礦等 廣泛運用3深巖洞處置巖鹽、巖石等 較少用4海島處置土壤、巖石 國際上制止5濱海底處置處置介質為巖石 瑞典 芬蘭6水力壓裂處置頁巖等 美國停頓 中國7海洋投棄海水 沿海國家采用，現(xiàn)制止低、中放和極低放廢物的處置.選址：在地表上

22、或地表下或洞穴內平安隔離期：300500a處置單元：全地下、半地下、全地上構筑方式1簡單土溝、土坑埋藏：適用于極低放廢物2地下混凝土工程：長度從幾米到幾百米，寬度和深度從幾米到幾十米，頂板厚0.51米，側壁厚0.40.5米，底板厚0.40.8米，內隔墻0.30.4米，底部設排水孔和集中導水系統(tǒng)。3混凝土井穴：直徑數米，深幾米到二三十米；印度、加拿大半地下式又稱墳丘式：法國芒什全地上式：法國奧布、廣東北龍洞穴式：天然或人工發(fā)掘洞穴，德國地下巖洞式：瑞典、芬蘭海下巖洞處置場低、中放和極低放廢物的處置.廣東北龍低中放廢物處置場目前為止，我國有兩個低中放射性廢物的處置場已建成。一個在我國大亞灣東北方四

23、公里的北龍，另外一個在甘肅。根據核電中長期規(guī)劃，未來10年內2021年報道，在西北、華南、華東、華北、東北五個地域，方案在每個區(qū)域建立一個中低放廢物處置基地。. 水力壓裂法水力壓裂地下水泥固化機理：選擇地下200400米適宜場址，運用石油工業(yè)成熟的壓裂技術和設備，把低中放廢液和水泥及添加劑制成的灰漿注入地下封鎖的透水性很低的頁巖層中，待其凝固后與頁巖構成一個整體，使放射性廢物與人類環(huán)境平安隔離。美國在60年代開發(fā)，1965年至1985年在田納西州橡樹嶺國家實驗室壓裂42次，處置中放廢液18900m3150萬居里，后因事故停頓。國內1981年開場地勘任務，1985年注漿實驗勝利；1988年經過可

24、行性報告，1992年經過環(huán)評報告；1993年立項建立，1996年建成后開場熱試運轉，至2001年共壓裂9次，共注射廢液近3000m3。美國田納西州橡樹嶺國家實驗室特點：1地質要求： 2工藝復雜： 3操作難度大： 4風險大： 5上級關注. 水力壓裂法水力壓裂工藝建井：鉆孔下鋼套管固井，建成注射井。切口：聚能爆破或水力旋轉噴砂切割切開套管、管外固井水泥環(huán)及圍巖，構成寬約30mm，深200250mm的環(huán)形切口。致裂：用高壓清水100300kg/cm2致裂，將切口擴張構成裂痕。注漿：將預先配好的固料和廢液延續(xù)經過混合噴嘴，以80160kg/cm2高壓注入井中。每次注漿812h，注入350500m3中放

25、廢液灰漿。注漿間隔不少于3個月。清洗：注完廢液后，再注入清水灰漿約5min，清水洗滌1015min。運轉中和關井候凝：清洗終了，關井等候凝固。堵口：一個切品注漿34次后，座封橋塞堵死切口，在上方37m處再開新口。 .高低放廢物的處置高放廢物固化體處置方案1深巖洞處置巖鹽、花崗巖 各國擬采用2廢礦井處置鹽礦等 德國采用3深鉆孔處置巖鹽、花崗巖等 實驗開發(fā)4深海床置粘土 實驗開發(fā)5核嬗變處置 實驗開發(fā)6冰層處置 想象7太空處置 想象.高低放廢物的處置我國高放廢物平安處置任務國防高放廢液玻璃固化；2020年近1000t/a乏燃料。高放廢物地質處置研討開場于1985年，主要成果：甘肅北山場址選址核素遷

26、移科研緩沖/回填資料研討2006年，國防科工委、科技部、環(huán)?？偩职l(fā)布，規(guī)劃2020年前后建成地下實驗室，21世紀中葉建成高放廢物地質處置庫。.國際放射性固體廢物處置及管理現(xiàn)狀美國組織機構：NRC (美國)核控制委員會、EPA、DOE美國能源部法令和條例：國家環(huán)境政策法1969、原子能法1954、低放廢物政策法1980、核廢物政策法鈾尾礦輻射控制法1983、放射性廢物管理條例、放射性廢物陸地處置的審批要求等等英國組織機構： HSE民用核設備的監(jiān)管、流出物排放和廢物處置在英格蘭和威爾士由環(huán)境署(EA)在蘇格蘭由環(huán)境維護署(SEPA)法令和條例：1995原子能管理法、1989污染控制修正法、1990

27、環(huán)境維護法、1991放射性物質道路運輸法、1970輻射防護法、1999電離輻射條例.國內放射性固體廢物處置及管理現(xiàn)狀 法律法規(guī)中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法中華人民共和國放射性污染防治法 2021.3.1執(zhí)行GB廢棄產品分類與代碼GB/T 27610-2021醫(yī)用放射性廢物的衛(wèi)生防護管理GBZ 133-2021核電廠低、中程度放射性固體廢物暫時儲存技術規(guī)定GB 14589-1993危險廢物鑒別規(guī)范 通那么GB 5085.7-2007低、中程度放射性固體廢物包裝平安規(guī)范GB 12711-1991低中程度放射性固體廢物的巖洞處置規(guī)定GB 00-1992低、中程度放射性固體廢物暫時儲存規(guī)定GB 11928-1989放射性廢物近地表處置的廢物接納準那么GB 16933-1997輕水堆核電廠放射性固體廢物處置系統(tǒng)技術規(guī)定GB 9134-1988低中程度放射性固體廢物的淺地層處置規(guī)定GB 9132-1988.國內放射性固體廢物處置及管理現(xiàn)狀行業(yè)規(guī)范EJ/T核工業(yè)規(guī)范核設備環(huán)境維護管理導那么.放射性固體廢物淺地層處置環(huán)境影響報告書的格式與內容HJ/T 5.2-1993低、中程度放射性固體廢物包裝容器.鋼桶EJ 1042