核廢物處理處置-課件第一章

放射性廢物處理與處置東華理工大學水資源與環(huán)境工程學院高柏博士教授Q1242888748目錄緒論第一章放射性廢物管理內容和原則

第二章放射性廢物的分類第三章放射性廢物的產生和廢物最小化第四章氣載和液體低中放廢物的處理第五章廢物的減容處理——焚燒和壓實第六章低中放廢物固化技術第七章高放廢液的固化與分離目錄第八章放射性污染的去污第九章核設施的退役第十章低、中放和極低放廢物的處置第十一章高放廢物處置第十二章核電站廢物的處理第十三章核技術利用廢物和廢舊放射源的管理緒論——核事故—福島第一核電站爆炸2012年3月12日下午15時，日本福島第一核電站1號機組內傳出爆炸聲并冒出白煙，造成4人受傷，并導致1號機組廠房的頂蓋崩塌，外墻體出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。據(jù)稱爆炸的原因可能是氫氣爆炸，而非核爆炸。政府已經下令將福島第一核電站的周邊居民疏散范圍從方圓10公里擴大到方圓20公里。日專家稱福島核電站可能發(fā)生史上最嚴重事故處理進程福島核電站1000噸放射性污水儲罐發(fā)生泄漏事故(2014-02-20)福島核電站一圍堰7處漏水污水或滲入周圍土壤(2014-02-17)福島核電站安全殼或泄漏高濃度污水東電調查(2014-01-20)新年伊始福島核電站地下水放射性氚上升10倍(2014-01-06)日本以發(fā)展核電為借口囤積了大量核原料

1克钚變成氣溶膠可致死1萬至10萬人。在所有非核武器國中，日本是擁有钚最多的國家。除了保有上述武器級核材料331公斤外，日本還存儲了約44噸的反應堆級钚，理論上可用來制造出數(shù)千枚核彈。中國環(huán)保部表態(tài)：“我們會吸取日本方面的一些教訓，但是我國發(fā)展核電的決心和發(fā)展核電的安排是不會改變的。核電利用是好事，但不能忽視風險不只對效益負責，還要對風險負責無視風險的決策很容易，但是更危險權責不匹配，先開工后補票成常態(tài)決心只有兼顧各方利益，才能換來人心尊重民意透明管理，才能加快發(fā)展我國政策影響國務院明確“十二五”期間不安排內陸核電之后，湖北咸寧、江西彭澤、湖南桃花江3個已獲批文的內陸核電項目均處閑置狀態(tài)，截至目前總投資已超百億元，單個項目每年的財務費用均在1億元以上。陸佑楣指出，我國現(xiàn)在的電力結構不太合理，火電比例過大，在2012年發(fā)電量中占比達78.6%，而核電僅為1.97%，不利于節(jié)能減排。從世界范圍來看，核電的規(guī)模化應用技術較為成熟，而我國沿海的核電建設正在穩(wěn)步推進中，因此應盡快重啟內陸核電。核潛艇—中國海軍首艘核潛艇退役核廢料處理獨辟蹊徑。401號攻擊核潛艇下水典禮，1974年8月下水海軍第一艘核潛艇退出現(xiàn)役，并完成核廢料、核反應裝置及相關設備的安全、徹底、穩(wěn)妥處理，標志著我國核潛艇從研制生產、使用管理到退役處置形成全壽命保障能力。目前世界上流行著多種退役核潛艇處理辦法，比如海上處理法、荒港停泊法、荒漠處置法等。這些簡易處理法，易給環(huán)境造成污染、給世界留下安全隱患。核潛艇的“心臟”——核反應堆倉處置是退役工程的重中之重。基地科研人員會同工業(yè)部門獨辟蹊徑，采用多重防護技術，成功完成了強放射環(huán)境下燃料組件的卸出、封裝，各種放射性部件的切割、拆除及退役環(huán)境的去污和終態(tài)處理。最新的094型核潛艇中國在海南三亞的海軍基地，部署解放軍最新型的核潛艇，而中國新型的核潛艇，可以搭載射程超過八千公里的巨浪-2型潛射洲際彈道導彈。海南三亞的海軍基地中國密建核潛艇基地南海成核打擊陣地根據(jù)外媒報道中國核潛艇從三亞和潛艇基地出發(fā)，很快就能進入核導彈發(fā)射陣地，對美國西海岸城市發(fā)動核襲擊

我國輻射調查及監(jiān)測工作不同人員劑量調查核燃料循環(huán)職業(yè)照射全國輻射環(huán)境監(jiān)測網絡的建設和運行

圖1-2是不同職業(yè)人群的年集體劑量分布。從圖中可以看出，核燃料循環(huán)的年集體劑量最大，占中國職業(yè)人群總數(shù)的44%；其次是醫(yī)學應用職業(yè)人群，這樣的結果正好將圖1-1結果的排序翻轉過來，這說名核燃料循環(huán)人群的年人均劑量水平比醫(yī)學應用職業(yè)人群的要大很多。

核燃料循環(huán)職業(yè)照射核燃料循環(huán)系統(tǒng)起止年月年均監(jiān)測人數(shù)年均集體有效劑量（人.Sv）年人均有效劑量（mSv）占總集體有效劑量的份額鈾礦開采1986-2000367871.119.376.1鈾水冶1986-199039405.451.385.8核燃料濃縮轉化1986-200029610.640.220.7核燃料制造1991-20007021.562.231.7核電1993-199823121.580.681.7退役和放射性廢物管理1986-200015916.213.96.6科學研究1986-200020894.632.225.0表2-1核燃料循環(huán)各個系統(tǒng)職業(yè)照射分析的主要結果不同時期類型國家年被監(jiān)測人數(shù)(千)年集體有效劑量(manSv)年平均有效劑量(mSv)人員分布比(NR15)集體劑量分布比(SR15)具體時期說明鈾礦開采中國6.68126.318.61986-1990加拿大6.2831.64.800.210.671985-19892.438.693.580.040.181990-1994印度1.3515.211.31985-19890.348.11990-1994全球26011004.40.250.521985-1989693104.50.100.321990-1995鈾水冶中國3.945.451.381986-1990加拿大0.831.301.560.010.011985-19890.350.641.840.000.001990-1994印度0.583.405.861985-1989全球181166.31990-1994全球6203.31985-1989表4-3不同國家核燃料循環(huán)系統(tǒng)職業(yè)人員受照情況比較核燃料制造中國0.300.943.111991-19951.102.191.990.0021996-2000加拿大0.431.022.370.000.011985-19890.330.662.010.000.001990-1994全球28220.780.000.021985-198921221.030.000.111990-1994不同時期類型國家年被監(jiān)測人數(shù)(千)年集體有效劑量(manSv)年平均有效劑量(mSv)人員分布比(NR15)集體劑量分布比(SR15)具體時期說明退役和核燃料再處理中國2.019.304.220.050.341986-19901.485.283.550.060.411991-19951.304.062.420.050.351996-2000法國9.2812.51.350.010.121985-198913.04.720.360.001990-1994印度1.665.533.340.050.311985-19891.665.531990-1994全球17.0362.460.051985-198945.0671.490.131990-1994全國輻射環(huán)境監(jiān)測網絡的建設和運行

輻射環(huán)境質量監(jiān)測項目國家輻射環(huán)境監(jiān)測網水體輻射監(jiān)測點位（共70個監(jiān)測斷面）示意圖國家輻射環(huán)境監(jiān)測網土壤輻射監(jiān)測點位（共175個采樣點）布點示意圖從監(jiān)測結果來看，全國環(huán)境γ輻射空氣吸收劑量率為環(huán)境正常水平；氣溶膠總α測值范圍為0.04～4.34mBq/m3，總β測值范圍為0.40～25.7mBq/m3，空氣中氚（HTO）測值范圍為<7.3～30.3Bq/m3；全國7大水系、京杭運河、重要的國際河流和主要湖泊水庫水中放射性核素濃度未見異常。飲用水中總α、總β放射性濃度小于《生活飲用水衛(wèi)生標準》中規(guī)定的總α、總β放射性指標。各附近海域海水中人工放射性核素90Sr、137Cs的含量均低于我國海水水質標準；土壤中238U、232Th、226Ra、40K、90Sr、137Cs放射性核素比活度未見異常。環(huán)境中綜合場強均低于《電磁輻射防護規(guī)定》中公眾照射參考導出限值。全國輻射環(huán)境監(jiān)測網絡的建設和運行監(jiān)測結果結論

核環(huán)境預警國控點監(jiān)測結果——核電廠2007年，我國的浙江秦山、廣東大亞灣/嶺澳和江蘇田灣三大核電基地外圍環(huán)境γ輻射空氣吸收劑量率（未扣除宇宙射線響應值）年均值分別為102nGy/h、119nGy/h、98nGy/h。在秦山核電基地外圍環(huán)境關鍵居民組空氣、降水、地表水、附近海域海水中氚（HTO）含量分別為212mBq/m3·air、9.4Bq/L、12.4Bq/L、4.1Bq/L；生物樣品中青菜、松針和苔蘚中氚（HTO）含量分別為4.9Bq/kg·鮮、2.36Bq/kg·鮮、17.0Bq/kg·鮮。廣東大亞灣/嶺澳核電站附近局部海域海水中氚濃度為3.2Bq/L，其出產的部分牡蠣樣品可監(jiān)測到微量的人工放射性核素110mAg含量為0.16Bq/kg·鮮。但是，各核電廠對公眾造成的附加劑量低于國家規(guī)定的限值。在9個核燃料生產、加工、貯存和后處理設施預警點中除甘肅五〇四廠總排放口周圍地表水和局部土壤監(jiān)測點放射性核素鈾含量高于環(huán)境正常水平，大亞灣/嶺澳核電站將部分中低放廢物轉入北龍?zhí)幹脠鰰r其外圍環(huán)境γ輻射自動站監(jiān)測到γ輻射劑量率有7.4%升高外，其他均未見異常。核環(huán)境預警國控點監(jiān)測結果——其他核設施（包頭核燃料元件廠、衡陽新華化工冶金總公司、中核建中核燃料元件公司、陜西鈾濃縮公司、中核四○四有限公司、青海原國營221廠、甘肅蘭州鈾濃縮公司、西北低中放廢物處置場、廣東北龍低中放廢物處置場）4個核礦山預警點的監(jiān)測表明，遼寧北方鈾業(yè)公司外圍局部環(huán)境陸地γ輻射空氣吸收劑量率、氣溶膠和沉降物中總α活度濃度和地表水中總α、鈾和226Ra含量以及底泥中238U和226Ra含量高于環(huán)境正常水平。中核浙江衢州鈾業(yè)公司歷年礦區(qū)排放的廢水和尾渣壩滲濾水造成下游地表水輕度污染，土壤、底泥中238U的升高。中核金原鈾業(yè)公司桂林分公司因礦石運輸沿途撒落造成運礦公路周圍部分路段受污染，該公司尾渣壩滲漏水造成下游地表水、底泥和土壤輕度污染。白云鄂博礦、包鋼尾礦壩外圍環(huán)境受到不同程度污染。核環(huán)境預警國控點監(jiān)測結果——鈾礦山和水冶系統(tǒng)

和伴生礦（遼寧中核集團北方鈾業(yè)有限公司、中核浙江衢州鈾業(yè)有限責任公司、中核金原鈾業(yè)有限責任公司桂林分公司、新疆吾爾自治區(qū)核工業(yè)737廠、白云鄂博礦）放射性廢物處理與處置內容提要1、放射性廢物管理內容和原則（p1~10）1.1放射性廢物管理內容1.2放射性廢物的法制管理1.3放射性廢物管理的基本原則1.4放射性廢物管理的重要環(huán)節(jié)1.5放射性廢物管理的輻射防護與安全放射性廢物處理與處置放射性廢物（radioactivewaste）定義：放射性廢物是含有放射性核素或為放射性核素所污染，其放射性核素的濃度或活度大于審管機構確定的清潔解控水平，并且預期不再使用的物質。放射性廢物處理與處置人類環(huán)境中放射性的來源分天然輻射源和人工輻射源。天然輻射主要來自宇宙輻射，地球和人體內的放射性物質。而對公眾造成自然條件下原本不存在的輻射源稱為人工輻射，主要有核試驗、核能生產、放射性同位素生產和應用、核材料貯存及運輸、放射性廢物處理與處置等。α、β、γ射線三種射線的穿透能力放射性廢物處理與處置放射性元素的衰變完全不受外界條件的影響：如溫度，壓力（真空）、電磁場等物理變化，或參加各種生物、化學反應，其結果都不能改變放射性元素固有的衰變規(guī)律。不能通過化學、物理或生物方法消除。只能通過自身衰變或核反應嬗變降低。放射性廢物處理與處置放射性衰變指數(shù)規(guī)律：任何放射性元素的原子都不會一下子全部衰變掉，假如現(xiàn)在一種放射性原子有N0個，經過t時間后，尚未衰變的放射性原子的個數(shù)就剩下了N個。N和N0之間有如下的關系：N＝N0e-λt

放射性衰變指數(shù)規(guī)律

放射性廢物處理與處置自身衰變：15P32→16S32十－1e0+核反應嬗變：4Be9＋2He4→6C12+0n1+Q*放射性廢物處理與處置分散稀釋：廢氣排放、廢液排放濃集隔離：沉淀、過濾、吸附、蒸發(fā)、固化、埋藏放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則1.1放射性廢物管理內容全過程的優(yōu)化管理：產生、預處理、處理、整備、運輸、貯存和處置。放射性廢物管理以“安全”為目的，“處置”為核心。宗旨：廢物最小化——拿出豁免的廢物，可再利用的物料、能循環(huán)使用的物料。放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則1.2放射性廢物的法制管理國家法律：《環(huán)境保護法》1989年12月26日《放射性污染防治法》2003年6月28日

《水污染防治法》1984年5月11日《大氣污染防治法》1987年9月5日《海洋環(huán)境保護法》1982年8月23日放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則放射性廢物管理的組織機構行業(yè)主管：國家國防科工局最高安全監(jiān)管：環(huán)保部國家核安全局環(huán)境監(jiān)測：省市縣環(huán)保部門主要產生和管理部門：中核集團公司直接責任者：企業(yè)法人放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則國家法規(guī)、標準：《放射性廢物安全監(jiān)督管理規(guī)定》《放射環(huán)境管理辦法》《放射環(huán)境管理實施細則》《建設城市放射性廢物庫的暫行規(guī)定》《城市放射性廢物管理辦法》《中低水平放射性廢物庫處置的環(huán)境政策》

《放射性廢物管理規(guī)定》《放射性廢物分類標準》放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則1.3放射性廢物管理的基本原則國際原子能機構（1AEA）在放射性廢物管理原則中提出了九條基本原則：（1）保護人類健康：工作人員和公眾受到的照射在國家規(guī)定的允許限值之內。（2）保護環(huán)境：確保向環(huán)境的釋放最少，對環(huán)境的影響達到可接受的水平。（3）超越國界的保護：保護他國人員健康和環(huán)境影響。及時交換信息和保證越境轉移條件。放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則（4）保護后代：后代的健康。（5）給后代的負擔：不給后代造成不適當?shù)呢摀?。應盡量不依賴于長期對處置場的監(jiān)測和對放射性廢物進行回取。（6）國家法律框架：放射性廢物管理必須在適當?shù)膰曳煽蚣軆冗M行，明確劃分責任和規(guī)定獨立的審管職能。放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則（7）控制放射性廢物產生：盡可能少。（8）放射性廢物產生和管理間的相依性：必須適當考慮放射性廢物產生和管理的各階段間的相互依賴關系。（9）設施的安全：必須保證放射性廢物管理設施使用壽期內的安全。放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則1.4放射性廢物管理的重要環(huán)節(jié)（1）安全分析和環(huán)境影響評價（2）安全文化美國三哩島事故和蘇聯(lián)切爾諾貝利事故安全文化是單位和個人對安全的認識和態(tài)度的總和，安全意識淡化是滋生安全隱患的重要原因之一。（3）質量保證美國賓夕法尼亞州三哩島核電站放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則美國三哩島事故概況1979年3月28日，三哩島核電廠2號壓水堆二回路設備故障，造成失水，無法導出余熱，2/3堆芯熔化，50％氣態(tài)裂變產物從燃料中釋放出來進入安全殼，絕大部分碘和銫溶解于安全殼內的水中，氪和氙則存留在安全殼內的空氣中。由于人員誤操作，造成一部分氣態(tài)裂變產物經通風系統(tǒng)和煙囪排入大氣，進入環(huán)境的133Xe約為(1-5)×1017Bq(占堆內總量2％-10％)，131I為6×1011Bq(占堆內總量0.00003％)。美國三哩島事故示意圖放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則美國三哩島事故后果由于安全殼的良好屏障作用，事故后大氣中131I放射性最大濃度為1.2Bq/m3，僅相當于安全標準的0.5％。附近居民受到的最大個人劑量不超過1mSv；有3名電廠職工略超過年規(guī)定限值50mSv輻射劑量，事故對公眾未造成任何輻射傷害，對環(huán)境的影響微不足道。切爾諾貝利核電站主控室放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則切爾諾貝利核電站事故概況1986年4月26日，切爾諾貝利核電站4號石墨沸水堆停堆進行電機性能試驗，切斷安全保護系統(tǒng)，將堆內大部分控制棒迅速拔出，剩下8根時，反應堆功率失控，被切斷的安全保護系統(tǒng)無法動作。瞬發(fā)超臨界導致功率劇增，堆芯熔化，熔融的燃料碎粒與冷卻劑劇烈化學反應引起蒸汽爆炸和氫氣爆炸，石墨燃燒，主回路系統(tǒng)和反應堆廠房被破壞，大量放射性物質逸入大氣，爆炸碎片飛落到廠房上面引起多處起火。放射性嚴重泄漏，大范圍污染環(huán)境和人員傷亡。切爾諾貝利核電站爆炸放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則切爾諾貝利核電站事故范圍事故后10天內陸續(xù)進入環(huán)境的放射性總量達12×1018Bq，其中惰性氣體(6-7)×1018Bq(相當于100％堆內總量)，131I為2×1018Bq(約占堆內總量60％)，137Cs為9×1016Bq(約占堆內總量50％)，134Cs為6×1016Bq(約占堆內總量20％)。由于大氣擴散，整個北半球受到氣載放射性不同程度的污染，在核電廠周圍沉降最多的現(xiàn)屬于白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯的3萬平方公里。切爾諾貝利核電站事故示意圖放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則切爾諾貝利核電站事故后果現(xiàn)場消防人員和廠內職工有幾十人受到可能致死劑量的照射，31人在數(shù)周內急性死亡，包括非輻射原因致死的3人。有237人得急性放射病，其中有14人在10年內死亡。400萬人受到低劑量輻射。參加事故應急處理的清理人員20萬人，平均每人接受輻射劑量約100mSv(少數(shù)達500mSv)；從30km半徑范圍內撤離的居民13.5萬人，平均每人接受輻射劑量10-20mSv，遠高于公眾的規(guī)定限值1mSv／a。切爾諾貝利核電站事故應急現(xiàn)場放射性廢物處理與處置

第一章放射性廢物管理內容和原則切爾諾貝利核電站事故原因操作層面：操作人員玩忽職守，違反工藝規(guī)程，違規(guī)操作。如切斷安全保護系統(tǒng)；將堆內大部分控制棒迅速拔出；關掉蒸氣分離器的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)等。技術層面：有重大的設計缺陷。如反應性正氣泡系數(shù)、控制棒引入正反應等。決策層面：石墨水冷堆是在軍用生產堆基礎上發(fā)展起來的，安全性低