全球高放廢物處置庫建設進展

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全球高放廢物處置庫建設進展

【本刊2016年8月綜合報道】每個核電國家目前均面臨一項嚴峻挑戰，即為危險的核廢物尤其是乏燃料和高放廢物尋找永久性解決方案。目前的常用方法是進行中間貯存。但出于技術、安全和安保方面的原因，這不是一個令人滿意的長期解決方案。美國、俄羅斯、法國、英國、日本、韓國、德國、芬蘭、瑞典、瑞士、阿根廷、比利時、捷克等國均承諾未來將在適當的地層中對乏燃料和高放廢物進行永久性地質處置。

這些國家明確這一政策已經有數十年了，但目前還沒有一個國家啟動地質處置庫的建設工作。這是為什么呢？

在設計和建設地質處置庫時，必須確保廢物能在未來數十萬年內得到安全處置。因此，處置庫建設項目是一個不同于任何其他項目的重大基礎設施建設項目，涉及選址和公眾態度等具有復雜性和多樣性的問題，相關國家因此遲遲未能啟動處置庫的建設。

在建設處置庫之前，首先需要選定擁有適當地質條件的場址并獲得當地居民的支持。美國和英國的實踐證明，找到同時符合這兩項要求的場址十分困難。但是，斯堪的納維亞的經驗表明，采用不匆忙、及時通報相關信息并不斷磋商的方法，能夠使相關社區自愿提供處置庫候選場址。

斯堪的納維亞的經驗

芬蘭在處置庫建設方面已走在世界前列。芬蘭政府2015年11月12日向波西瓦公司(Posiva)發放建設許可證，允許該公司在奧爾基洛托附近的埃烏拉約基(Eurajoki)建設乏燃料最終處置庫。這是全球迄今發放的首份乏燃料最終處置庫建設許可證。預計芬蘭處置庫將在2016年下半年啟動建設，2023年投運，能夠容納6500噸鈾乏燃料。

芬蘭1983年啟動了處置庫的選址程序。當時，核電運營商列出了一張適合建設深層地質處置庫的場址清單，其中列出了101個候選場址。在與相關社區進行4年磋商之后，選擇5個候選場址進行詳細地質調查，從而將候選場址數量縮減為3個。

在政府批準建設處置庫之前，需要獲得地方市政機構的同意以及監管機構的支持。在選址程序中，候選場址所在地區的議會有權以投票方式決定是否繼續支持處置庫的建設。

2001年，已經在奧爾基洛托擁有2臺在運核電機組的埃烏拉約基議會決定同意在本地建設處置庫。隨后芬蘭國會批準了這一決定。當地社區不會因為提供場址而直接從處置庫開發商處獲得獎勵或補償，但能夠通過收取核設施地方財產稅(稅率高于平均稅率)獲益。

芬蘭的鄰國瑞典也已明確處置庫場址。與芬蘭類似，結晶基巖可為處置庫提供適宜的地質環境。1992年，瑞典核燃料與廢物管理公司(SKB)與286個地方議會聯系，開展相關解釋工作，并邀請地方議會提出成為候選場址的自愿申請。當時雖然有2個地方議會表示感興趣，但在民意調查之后，沒有地區提出自愿申請。此后，核燃料與廢物管理公司改變戰略，將工作重點放在核電廠附近的地區。

核燃料與廢物管理公司與相關地區議會進行接觸，看看他們是否反對開展可行性研究。這被證明是一種卓有成效的方法，共有三個地區優先進行場址調查。之后，一個地區決定退出選址程序，另兩個地區則同意進行進一步調查。2009年，東哈馬爾(?sthammars)福什馬克(Forsmark)被選定為首選場址。這一地點也是核燃料與廢物管理公司短壽命放射性廢物處置庫場址。這座處置庫1988年投運，在低于波羅的海50米的巷道中處置短壽命放射性廢物。

核燃料與廢物管理公司2011年3月向瑞典輻射安全管理局(SSM)提交了乏燃料處置庫的建設申請。輻安局2016年6月表示支持處置庫的建設申請。預計輻安局將在2017年公布其對處置庫建設的最終意見(詳見本刊2016年第7期相關報道)，處置庫將在21世紀20年代初的某個時間啟動建設，并耗時10年建成。

工程壯舉

地質處置庫能夠在擁有穩定地質構造的地下深層實現核材料與近地表環境的隔離。除了利用現有的天然屏障，還需要使用專設屏障。對處置庫的另一項要求是，后代不需要對處置庫采取主動維護行動。這一要求主要基于一個假設，即一旦裝滿廢物，處置庫將被永久密封。

芬蘭和瑞典的擬建處置庫均基于瑞典核燃料與廢物管理公司開發的KBS-3方案。

這一方案主要基于多重屏障原理，即將放射性廢物包裹在多重保護屏障中，一重屏障的故障以及不可預計的地質或其他變化不會使放射性物質暴露在環境中。

在處置過程中，首先將乏燃料裝入銅制最終處置容器，然后將容器運至位于地下約400～500米深的巖層中，并放入帶有膨潤土緩沖層的沉積孔(見圖1)。因此，在完成處置后，放射性物質將被密封在四重屏障(見圖2)中：

1—最終處置容器；2—膨潤土緩沖層；3—巷道回填；4—基巖圖1　芬蘭擬采用的處置方案

圖2　防止放射性物質泄漏的四重屏障

· 處于陶瓷形態的燃料本身構成了第一重屏障。鈾位于氣密的金屬棒中，呈固體狀，僅能以極慢的速度溶于水，這將放慢放射性物質的釋放速度。

· 最終處置容器構成了第二重屏障。燃料被裝在氣密且耐腐蝕的銅和鑄鐵制容器中。這種容器將保護燃料組件，使其免受深層基巖的機械應力。

· 膨潤土緩沖層是第三重屏障，能夠保護容器免受基巖中的任何潛在顛簸，并放慢容器周邊的水流速度。

· 基巖是第四重屏障，能夠確保容器和膨潤土的周邊環境僅發生微小且可預見的變化。深層基巖可使廢物容器免受任何地表變化的影響，并遠離人類正常的居住環境。

其他歐洲國家

全球第一個用于研究深層粘土適宜性的地下巖石實驗室即Hades實驗室于1984年在比利時摩爾(Mol)建立。Hades位于Boom粘土層的地下225米深處，是一座研究設施，并且沒有在該實驗室所在地建設最終處置庫的計劃。比利時也沒有選定高放廢物處置庫的場址，雖然該國設定了在2035年啟動處置庫建設的目標。

俄羅斯正在克拉斯諾雅爾斯克(Krasnoyarsk)地區的花崗巖或片麻巖層中建設一座地下實驗室。這座實驗室未來可能會轉變為一座處置庫。俄還在科拉半島的多個場址研究建設最終處置庫的可行性。

法國20世紀80年代啟動處置庫的選址工作。但由于當地社區未參加或未與當地社區磋商，此次選址失敗。1991年有關核廢物研發的巴塔耶法(Bataille Act)建立了一個明確的政治決策過程，要求在作出有關長期廢物管理的任何決定前開展長達15年的研發工作。該法設定一個程序，要求在將相關地區納入自愿者清單之前，通過地方議會投票決定是否進行初步地表調查。

1996年，有三個場址提交建設地下實驗室的申請。在召開了公共聽證會之后，政府確定在下述兩個場址開展調查工作：布爾(Bure)場址和一個未指明的花崗巖場址。2010年，在完成廣泛的干系人咨詢后，政府批準在布爾建設地下處置設施，該設施目前是法國國家放射性廢物管理機構(Andra)的地下研究設施。

放射性廢物管理機構正在開展深層地質處置庫的設計工作。這座處置庫將建在法國東部布爾的粘土層中，將處置玻璃固化高放廢物和長壽命中放廢物。初步設計已經完成，2016—2017年的詳細設計工作將為編制處置庫建設申請提供數據。如果獲得許可，將在2020年啟動處置庫建設。該處置庫將以可回取的方式處置廢物，最終處置的廢物數量將取決于政治選擇。但是該中心將被設計成可滿足所有可能的廢物處置要求。

該處置庫的地面設施將占地約300公頃，分布在相距數千米的2個場區中。將以模塊化的方式建設地下貯存設施，設施最終的覆蓋面積將為15平方千米。在最終關閉之前，該處置庫將運行100年時間。

英國是一個人口稠密的島國，地質條件極其多樣，尋找適宜并可接受的處置庫場址具有挑戰性。英國20世紀的選址工作曾選出多個潛在候選場址。21世紀的選址工作包括社區參與，并基于自愿原則。根據這一原則，候選場址所在地區可以在任何時候決定退出選址程序。由于坎布里亞郡議會2013年1月投票反對繼續在其轄區內推進選址工作，英國的處置庫選址工作重回起點(詳見本刊2013年第3期相關報道)。

在全國范圍內完成了一次廣泛選址程序之后，德國下薩克森州政府1977年宣布，將在戈萊本(Gorleben)建設放射性廢物國家處置中心。目前戈萊本被認為是高放廢物處置庫的候選場址。

德國在1979—2000年間曾花費15億歐元研究戈萊本是否適于處置高放廢物。這項工作2002年因政治因素暫停。但換屆后的政府2009年批準恢復該場址的研究工作。預計政府將在2019年前后作出該場址是否適合建設最終處置庫的決定。

此外，還提出在多個地點的Opalinus粘土層中建設高放廢物處置庫的建議。新的處置庫建設標準于2009年生效，替代了1983年的舊標準。根據新標準，相關機構僅能基于科學論證結果(即處置庫能夠在100萬年內確保廢物的安全)發放高放廢物處置庫許可證，而且廢物在處置庫的整個運行期間都必須是可回取的。

2013年4月，德國環境部宣布將啟動處置庫的新選址程序，以便未來能根據聯邦和州政府與反對派達成的一份妥協協議處置本國的高放廢物。

2014年5月，德國組建一個由32名委員組成的委員會，專門負責研究處置庫的新選址程序。該委員會將編制用于評價選址法律的準則、程序和決策依據，并提出有關公眾參與和透明度的建議。

開展兩年多研究工作之后，委員會2016年7月向政府提交最終報告，為在地質處置庫中處置高放廢物提出相關建議。根據最終報告，“最安全”場址應根據一個分為三個階段的程序進行選擇，并由聯邦法律確定。在選址過程中，應有地區、跨地區和國家層面的機構的廣泛公開參與。處置庫可能位于巖鹽層、粘土層或結晶巖層中。委員會表示，報告中未排除下薩克森州“具有爭議的”戈萊本巖鹽層。

在早期的中低放廢物處置庫選址工作遭遇挫折之后，瑞士建立了新選址程序以建設兩座處置庫：一座中低放廢物處置庫以及一座高放廢物和乏燃料處置庫。這一新程序基于在各地開展的咨詢工作。

瑞士國家放射性廢物處置合作公司(Nagra)2015年1月選擇在三個地區開展中放廢物和高放廢物處置庫的進一步研究。這三個地區的主巖均為Opalinus粘土。放射性廢物處置合作公司將在2022年前后完成選址工作。聯邦議會將在2029年前做出有關處置庫許可證的決定。預計中低放廢物處置庫將在2050年前后啟動建設，高放廢物處置庫將在此10年后啟動建設。

美國重新啟動

在核電工業啟動發展之后不久，美國國家科學院1957年召開了一次主要由科學家和工程師參加的會議，討論源自商業核反應堆和國防核計劃的長壽命高放廢物的永久處置問題。會議結論是，在深層古鹽礦床的礦井中處置是實際可行的。理由是鹽礦床沒有被地下水溶解，它們在其整個歷史時空中已實現與近地表環境的隔離。此外，鹽礦床具有塑性，能夠緩慢填充任何空隙，因此能最終包封在礦井中處置的任何廢物。但是，沒有找到適宜的鹽礦床場址。

此后，美國將選址范圍擴大到擁有核設施或國防設施的任何場址，無論這些場址的巖石類型是什么。1987年，毗鄰內華達試驗場的尤卡山(Yucca Mountain)被指定為處置庫場址。該處置庫將處理源自民用核電廠和國防核計劃的高放廢物和乏燃料。

擬建處置庫將位于火山凝灰巖層的地下300米深處，比地下水位高300米。廢物將被裝入帶有雙層外殼的金屬容器中：外殼使用耐腐蝕的合金制造，內殼使用具有結構強度的不銹鋼制造。將不會回填干旱的地質構造，以允許空氣流通。

在1987年之后的30多年，該項目經歷了多次拖延。雖然美國能源部(DOE)2008年6月向核管會(NRC)提交了尤卡山處置庫建設和運行聯合申請，但奧巴馬政府2009年決定取消這一項目。此后，核管會暫停了對這一申請的評審。在美國聯邦上訴法院于2013年8月13日裁定核管會暫停評審為非法之后，核管會重新啟動了這一評審過程，并最終于2015年1月29日公布了尤卡山地質處置庫的最后兩卷安全評價報告(共計五卷)，從而完成了對尤卡山處置庫申請的技術安全評審(詳見本刊2015年第2期相關報道)。

應奧巴馬總統的要求，美國能源部2010年初組建藍帶委員會，對美國的乏燃料與高放廢物管理與處置計劃進行全面評審，并提出相關建議。該委員會2012年1月向能源部提交最終報告。能源部根據委員會報告編制《乏燃料與高放廢物管理和處置戰略》并于2013年初公布，為制訂乏燃料與高放廢物管理和處置計劃提供了框架，指明了乏燃料與高放廢物管理和處置戰略的3個組成要素，即基于共識的設施選址、系統設計以及管理與籌資(詳見本刊2013年第2期相關報道)。能源部2015年12月21日正式開始接收對高放廢物和乏燃料處置場址的建議，從而啟動了基于共識的處置庫選址倡議。這意味著美國在應對核廢物管理挑戰方面邁出了重要一步。

與此同時，美國廢物隔離中間工廠(WIPP)1999年投運。WIPP是全球唯一一座現役長壽命核廢物深層地質處置庫。它位于新墨西哥州埃迪縣(Eddy County)卡爾斯巴德(Carlsbad)東南約26英里，處于2000英尺深的古老鹽床中。WIPP是一座能源部設施，僅接收國防超鈾廢物，即過去的核武器計劃產生的不被認為是高放廢物但含有長壽命超鈾元素(例如钚)的核廢物。

其他國家

包括加拿大、日本、韓國在內的其他核電國家已承諾建設高放廢物的深層地質處置庫，并已啟動相關工作。

加拿大核廢物管理組織(NWMO)2010年啟動被稱為“適應性分階段管理”(APM)的乏燃料深層地質處置庫選址程序。根據廢物管理組織網站提供的信息，處置庫的選址和建設將分為九個階段(詳見本刊2015年第1期相關報道)。目前核廢物管理組織正在對8個地區進行研究，下一步工作將是進行更詳細的場址研究和選擇，并獲得當地居民的認可。

日本1996年在瑞浪(Mizunami)建設一座地下實驗室，2000年組建負責核廢物處置的機構——原子力發電環境整備機構(NUMO)。預計日本將在2025年前明確處置庫場址。之后，將啟動處置庫建設，并在2033—2037年間建成并投運處置庫。日本的處置庫將是可回取的。

韓國政府2003年曾決定在扶安郡建設高放和低放廢物處置庫(詳見本刊2013年第12期相關報道)，但在2004年因當地居民抗議而放棄(詳見本刊2014年第3期相關報道)。此后，政府決定建設一座單獨的高放廢物處置庫，并于2014年6月在慶州(Gyeongju)建成一座中低放廢物處置庫。在2016年7月召開的韓國原子能委員會會議上，韓國政府決定在2028年前后完成高放廢物處置庫的選址。

2016年5月，南澳大利亞州核燃料循環皇家委員會建議州政府研究在該州建設中放廢物和乏燃料國際貯存設施的可行性。

(信息來源：英國《國際核工程》網站和《國外核新聞》)

(伍浩松 趙宏 編譯 )