全球與中國放射性廢物管理系統市場現狀及未來發展趨勢

黃春年，王子帥

（1.杭州衛康環保科技有限公司，浙江 杭州 310000；2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

放射廢物是指具有放射性核素或者受到放射性核素污染且不能再次被利用的物體。這類物體的放射性不僅不能通過物理、化學或者生物方法消除，還會通過射線污染或熱能釋放等方式產生物理毒性等多種毒性，如處置不當，放射性廢物將會對人體健康和環境安全等產生負面影響。近年來，關于放射性廢物處置方案設計與系統構建的研究逐漸成為全球化熱點，結合最新理論構建具有實操價值的放射性廢物管理系統工作方案具有極為重要的現實意義。

2 放射性廢物的分類

放射性廢物的分類是放射性廢物管理工作的基礎，一般而言，放射性廢物的分級分類主要考慮對象的物理性質、生化狀況和原料源頭。根據對象物理性質及生化狀況的不同，可以將放射性廢物分成氣體、液態或者固態等三類，其中以輻射母液數量多少、輻射強弱、按照最終處理條件或者廢棄物的輻射活度，還能進一步將放射性廢物細分為高放廢物、中低放廢物（包含長延壽和短延壽廢棄物）和免管廢棄物三個類型[1]；根據放射廢物原料源頭的不同，可將放射廢物分為鈾尾礦類、乏能源類或者包殼類等廢棄物類型。

從國內放射性廢物的分類情況來，國內參照中國IAEA登記標準建立了現行的放射性廢物的等級分類標準。這一分類方法根據不同的物理條件對放射性廢物進行細化分類，將放射性廢物分為高、中、低三個等級。從執行層面看，考慮到放射性廢物主要以固體方式進行處理，這一分類標準將放射性廢物按照半衰期不同可分為三類進行明確界定，并以分類提供詳細的操作標準與規范指引等方式對固體放射性廢物進行差異化管理。

3 放射性廢物的處置

放射性廢物處置方案的設計與執行要點圍繞安全和環保這兩大核心目標展開。處置團隊要通過恰當的方式處理放射性廢物，根據不同處置對象的特性、所在區域與處置目標等選擇合適的處置策略[2]。一般而言，常用的放射性廢物處置分為中低放廢物處置和高放廢物處置兩大類。

3.1 中低放廢物的處置方法

3.1.1 海洋投棄處置

海洋投棄處理是將具有放射性的廢棄物直接投入海洋，通常有兩種方式。其一是將放射性廢棄物混合混凝土等裝入鐵桶，以混凝土等固體的形式投入與陸地相對較遠的海洋區域，利用混凝土固體的密度大于海水密度的特性使含放射性廢物的固體沉入深海區域；其二是將含放射性廢物的廢水直接排放入海洋，通過海水的稀釋作用實現放射性廢物的處置。但是，科學技術的進步使關于放射性物質對環境安全和生物健康的負面影響研究也更加深入，人們也逐漸意識到通過固體投放或廢水排放處置放射性廢物可能會造成破壞海洋生態的長期遺留影響，并通過海洋食物鏈毒素富集作用最終進入人體而影響人類健康。近年來，在學界和業界對于放射性廢物海洋投棄處置方式危害性的認識逐漸深入以及放射性廢棄物處理技術日漸完善的背景下，通過海洋投棄處置放射性廢物的危廢處理方式在絕大多數國家已經被明確禁用，全球范圍內僅有英國和日本還在繼續使用這一方式。究其原因，英國和日本國土陸地面積有限，在使用其他放射性廢物處理方案方面頗受掣肘[3]。

3.1.2 陸地淺埋處置

陸地淺埋處置方法也是一類重要的放射性廢棄物處置方法。具體而言，這一方法的思路是將放射性廢物淺埋在沒有建筑遮蔽的地表下，或者覆蓋在有建筑物遮蔽的地表以下，要求掩埋深度不大于50 m。本項技術于1944年首次提出并投入使用，迄今已經有近八十年的歷史，仍是世界范圍內廣泛使用的放射性廢物處置方法。但是，該處理方式的應用有一定的局限性，具體表現在兩個方面，一是僅適用于中、低級別放射性廢棄物的處置；二是對于近地廢棄物處理場所要求較高，僅能選址在安全監管300～500 a的范圍內，以保證排放量不超過所選區域能夠承受的最大放射值，并保證對周圍人造成的輻射小于監管規定值。

3.1.3 廢礦井處置

除上述兩種放射性廢物處置方式外，低放射性廢物處置還可以采取廢礦井掩埋方式。這一方式主要通過二次利用廢棄礦井填埋放射性廢棄物，廢棄的鹽礦、鐵礦、鈾礦均是較為理想的選擇對象。這一方法能夠在減少土地使用、減少對任務和環境影響的基礎上控制放射性廢物的處理成本，具有顯著的優勢。但是該方法難以提前規劃選用礦井的位置，如果放射性廢物存放區域與礦井區域存在較大空間距離，則必須通過長時間運輸才能實現廢物轉移，客觀上加大了廢棄物泄露的風險和不確定因素。

3.2 高放廢物的處置方法

高放廢物大部分來源于核反應堆乏燃料電池部件及其后處置高放廢液的玻璃凝固體，其總生成量一般為中低水平放射廢料的1/10～1/100。此類廢棄物數量較少，但是處置難度較大，主要原因在于多數高放廢物中存在可延長使用壽命的a粒子放射源，且會形成較多的蛻化熱。在處置此類物質時，要求隔離時限大于10%，處理深度約為500～1 000 m，處置介質要采用透水性較差的巖石以盡量減少放射性核素的遷移，較高的處置要求帶來了更大的處置難度。就實操而言，高放廢物處理一般采用地質物理處理法和非地質物理處理法，地質物理處理法是指通過地層熔融處理等方式實現深地質的物理處理，非地質物理處理法則主要涵蓋冰層處理、太空處理和核嬗變處理等處置方法[4]。

3.2.1 深地質處置法

放射性較高廢物的處置通常采用深地質掩埋法，即將廢物掩埋在距離地表500～1 000 m深處的深地質區域。這一處置結果不僅能較好地滿足放射性安全監管指標要求，還能為高放射性廢物的自然分解提供充足的時間。但是，深地質處置對于操作過程規范性和有效性有較為嚴格的要求。具體來說，高放射性廢物的深層地質掩埋需提前建設完成，并符合技術監管指標要求的地下放射性垃圾處理庫，還要在垃圾庫的建設過程中增加多重保障設施以確保處置結果安全、有效防止放射性向地表轉移。在實操過程中，處置人員要將待處理的放射性廢物質裝于特定容器內，外部包裹防返回物料，最后將其掩埋在深層垃圾處理庫中。上述處置過程中所涉及的地下垃圾站和包裹用防返回物料共同構成了建筑屏蔽體系，這一體系既保證了建筑屏蔽不被外物入侵且免遭風化影響，也能夠在足夠久的自然地質時間里創造良好和安全的自然物理學和生化環境保護條件，并通過對高放垃圾向自然生物圈的轉化實現了滯留和稀釋效應。此外，在上述體系中深地質介質作為自然屏蔽具有雙重功用，即既能防護污染源，也能防護周圍微生物環境條件。

3.2.2 深海床處置法

深海床處置方法主要是指將放射性物質投入海底進行深層掩埋，原理是利用黏土的性質以及海洋的深度水域實現高放射性物質的永久封存。但是就實操而言，選定符合黏土沉積地質條件和距離海岸線5 000 m左右的深海地理條件等要求的海域難度較大，這一方法實際應用受限頗多。

3.2.3 太空處置法

近年來，隨著人類探索太空技術條件的不斷成熟以及實踐經驗的持續積累，通過太空環境處置放射性服務的研究已經逐漸成為放射性廢物處置的一個新興熱門研究方向，但是這一處置方法還停留在構想層面，相關技術仍處于研究階段。

4 放射性管理系統概述

研究表明，放射性廢物處置方法的選擇與有效處置成果的獲取仍然是學界和業界難題，在現有技術條件下提升放射性廢物處置效率必須聚焦優化處置方案選擇和即時推進放射性廢物處置兩方面。在這一背景下，構建并應用有效的放射性管理系統具有重要現實意義。放射性管理系統的構建對于提升放射性廢物處置的及時性、規范性和有效性具有重要意義。我國需要盡快構建滿足國內對放射物品監督管理要求的放射源安全流轉信息系統，以期對放射性危險物品進行即時有效的動態控制。從系統構建范式看，成熟、有效的放射性管理系統需要實現對放射源和含源裝置的全周期閉環監督管理，具體涉及原料裝置采購、產品加工、銷售、再利用、回收、儲運等關鍵監督管理環節，管理目標是構建事前監督、事后跟蹤延伸的系統工作方案。

本文主要分析使用Sybase PowerBuilder9.0設計工具的放射性信息物理融合系統（CPS），該系統使用Microsoft SQL Server 2000實現后端數據庫管理，以此實現對放射性源相關工作人員、設備和車輛等對象的審批與管理。在這一系統的管理下，管理主體可以實現人員出入登記管理，從原料到成品的放射性源產品出入庫管理，資金生產平衡管理，銷售、使用和處理放射性物體的手續文書管理，各循環儲運流程管理等細分管理目標，還可以通過各部門分層安全監管、特殊觸發器回溯重要歷史過程數據快照等方式快速實現歷史過程數據信息變化的分析，提升放射性廢物管理效能[5]。

4.1 放射性信息物理融合管理系統的體系結構

新型信息物理融合系統可以從管理邏輯角度出發細分為物理層、計算機層、網絡層和系統層四大層次。

物理層主要由個人自主安全智慧、人群自主安全智慧以及其他感應器設備、檢測設備構成，是整個放射性體系的基礎單位，主要承擔近場危險認知和融合運算、近場危險辨識和決定以及近場反應功能，并向上級提交自我辨識危險信號和自我制定決策信號，進而形成向上級的感知輸入，也可以通過接受上級控制和反饋命令成為上級響應的基礎行動單位。具體而言，物理層可以按照現實需求組合為各種尺寸的放射性單位（包括對象級單位、庫室級單位、廠級單位等）。

計算機層的基本工作單位是裝配在放射性物體（容器）上的對象級單位。與基礎層類似的是，它也能夠成為上級放射性響應的感知單位，即計算機層可以通過威脅的辨識和判定形成決策單位，通過向上級反饋或者向下層傳遞控制指令的方式實現跨層級的溝通與反饋，最終完成各層級放射性信息的融合管理。

網絡層由可配置的可信網絡構成，可以按照需求建立各種尺度的互聯網（如局域網，廠級網，城域網等），其可以為向上級提供感知輸入，也可以就下級提出的控制指令作出反饋。

系統層承擔著全局的威脅識別估計和決策工作，并利用網絡層和物理層進行著全局的感知與反應。

4.2 放射性信息物理融合管理系統的特點與優勢

4.2.1 全時空感知

放射性信息物理融合管理系統可以通過對內信息安全管理工作和對外信息管理來融合獲取綜合場景的認知信息，并完成符合決策目標要求的認知信息處理，最終平衡全局條件作出最優決策建議。另外，放射性信息物理融合管理系統還可以通過分層級溝通事項重大故障排查、風險預警與快速方案建議，以全時空感知與全流程介入的方式提升放射性廢物處理的有效性。

4.2.2 全要素聯動

放射性信息物理融合管理系統分為內部感知和外部感知兩個管理范疇。從外部檢測來看，系統可以在感應存在威脅的情況下調動全要素進行聯動，不僅能告知安全部門及時作出有效應對，還能控制智能放射性廢物的污染范圍以提升安全控制效率，為安保部門的應對和處理爭取寶貴時間。從內部管理來看，系統安全智能部件能夠發揮千里眼和順風耳的功能，及時向外在管理系統傳達對象的最新信息，在感覺到內部威脅時自我提升安全保護級別并告知外在管理系統，調動內外管理權限共同處置問題。

4.2.3 縱深防御

放射性信息物理融合管理系統在原管理基礎上提高了其安全智能水平，并獨立于系統日常運行的保護體系和庫房防護系統，構建了保障性的縱深防御系統，通過加固危險級別防護預備措施避免了共因性失效，有效增強了系統的總體安全能力，體現了內外安防融合的縱深防護理念。

5 放射性廢物處置系統的發展趨勢

隨著處理技術的進步和發展，當前學界和業界對低放射性物質處置的理論探索與實操經驗積累關注度逐漸下降，但是對于高放射性物質處置與安全管理的關注度持續上升，近年來高放射性廢物處置相關研究成果頗豐。就現階段而言，無論是發展中國家還是發達國家都將深地處置作為高放射性為主的放射性廢物處置方案設計與應用的重點方向，對處置庫的設計、建設施工技術、選用材質的性能以及評價體系等技術的研發與優化開展了多樣化的探索，例如，美國的高放射性廢物處置庫已經在2010年正式投入使用，歐洲的荷蘭高放射性廢物處置庫也已經在2020年正式宣布投入運營。

綜合來看，當前具有實操性的高放射性廢物的處置方法僅是折中方法，可以預見的是，在幾百年甚至更遙遠的將來，人類可以根據科學進步的發展情況在高放射性等放射性廢物處置方案層面擁有更多選擇的余地，可能是更為無害化的掩埋，也可能是運用新型技術手段實現放射性廢物去輻射化處理甚至再利用。這個漫長的技術創新與方法優化過程需要智能監測系統和專業技術人員的深度參與與緊密合作，因此從現在開始構建并優化放射性信息物理融合管理系統有助于鞏固動態監測工作基礎，為長達百年運行的處置庫進行有效監測管理，并為此后各項處置技術的研發與應用提供有效支持。因此，放射性信息物理融合管理系統的應用和開發是十分重要且必要的。

6 結語

總之，本文通過聚焦全球與中國放射性廢物管理系統的構建基礎與可行方案設計，梳理了放射性廢物管理系統的現行工作方案，展望了放射性廢物管理未來發展趨勢，主張盡快構建有效的放射性廢物管理系統。無論是國際還是國內，隨著人們放射性物質危害和處理重視程度的不斷提高，放射性廢物管理系統必將有良好的發展前景和應用市場，放射性信息物理融合管理系統等優質系統的開發與應用必將迎來發展藍海。