放射性废物处理技术的应用

孙东阳

核工业理化工程研究院天津300180

摘要：自20世纪50年代起，核工业及相关基础研究发展迅速，在取得了良好的经济效益与能源效益的同时，却导致大量放射性废物的产生。如若不能安全、高效、科学地处置放射性废物，则会引发严重的环境及公共安全事故。

关键词：放射性；废物处理技术；应用

目前，放射性废物的安全处置引起了国际上的广泛重视，一些国家也逐渐实现了放射性废物处理的产业化管理，并取得了明显效果。近年来，我国在放射性废物处理处置方面取得了一定的成绩，但其产业化管理方面还需要从业人员的共同努力及国家政策的大力支持。实现放射性废物的安全处置，保护人类赖以生存的环境还任重而道远。

1目前放射性废物的主要来源

放射性废物的来源主要有三个方面：核能产业、核工业设备设施退役与放射性同位素生产，核能产业产生的放射性废物总量远远大于其他方面。在核能产业中，核燃料被广泛地应用，在整个核燃料循环体系中，乏燃料及乏燃料后处理废物的放射性最强，最被行业人员所重视。这需要相对全面地对放射性废物的分类标准相关因素进行考虑，包括废物来源、物理状态、辐射强度、生理毒性等。我国根据上述变量，将放射性废物划分为三个等级，即低放射性废物、中放射性废物与高放射性废物。

1.1 核武器试验产生的废物

一般情况下，核武器的爆炸试验会在大气层进行，在其爆炸的时候，气体和温度极高的蒸汽形成蘑菇云，蘑菇云还携带着反射性烟云、弹壳等物质上升，然后与空气混合导致辐射产生的热逐渐传递，气态凝聚物温度慢慢降低，最后变成微粒或黏附在灰尘中沉降在地面，其主要成分是半衰期比较长的Sr90（T1/2=28a）放射性核素锶和Cs137（T1/2=30a）放射性核素铯，危害比较严重。

1.2 核工业产生的放射性“三废”

核工业在生产研究过程中，在操作或处理放射性材料时必然会产生放射性的气体、液体和固态废弃物，简称三废。这些放射性废物是形成生态放射性污染的主要原因。

1.3 地质勘探、铀矿开采所产生的废物

地质勘探、铀矿开采过程中，由于技术、工作质量不到位，往往会产生放射性废物。主要特征是矿上通风时，含有氧和铀矿尘的空气逸散；废矿石、尾砂和矿泥等含有铀、镭等天然的放射性废物，动辄达到数千吨的积累；坑道废水、选矿水等含铀。

1.4 其他放射性污染废物

工业、医疗、军队等机构从事放射性核素应用及研究工作，对居民造成大剂量的照射等对居民生命安全和生态环境造成巨大的威胁，主要原因在于放射性物质遇到运输事故、遗失、废物处理等事故事件而失去控制。其中医疗使用放射源的潜在危险最大。

2放射性废物处置的最小化原则

放射性废物处置的最小化原则，是指从铀矿的勘探、采冶方面利用科学的规划、技术实施原则、技术手段等最大程度地降低废物的产出。例如在地勘废物最小化方面，可通过对铀矿选区进行集中管理，最大程度地降低对环境的污染对可开采的铀矿山（床），将边界品位以下取样矿石作采矿回填料，或送尾矿库集中处置。在铀矿采冶方面，可通过革新的技术手段控制水冶尾矿的酸碱度，与矿井填充的废渣配比使用，用做矿井回填料，从而最大程度明确污染控制范围，减小污染废物产出。

3放射性废物处理技术的应用

3.1低、中水平放射性废物的固化技术

固化体应该具备以下几点要素：第一，具有良好的导热性和化学、辐射稳定性；第二，需要较低的浸出率和一定的机械强度；第三，不能有爆炸性和自燃性。

3.2 低、中水平放射性废物的减容技术

低、中水平放射性废物中大约有40%到60%固态废物（纤维素、活性碳、橡胶类物质等）为可燃材料，焚烧后可达10到100倍的减容效果，其优点在于提高安全性，主要体现在将可燃性物质转换为惰性物质。大多数放射性废物都是就近焚烧，降低运算、储存费用。另外燃烧还可以实现钚和铀-235的回收利用。

4放射性废物处置

目前最为常见、应用最为广泛的放射性废物处置方案是陆地处置，具体包括近地表处置与地质处置。早在20世纪40年代，在美国的田纳西州就采取了极为简单的壕沟掩埋处置法，后来的英国、法国也纷纷效仿。在20世纪50年代后，随着核工业的不断发展，放射性废物产生量不断增加，有关放射性废物处置的讨论不断增多，技术专家综合考虑了放射性废物可能对环境造成的种种影响以及处置方式的可行性，陆续提出了近地表处置、深部地质处置、海洋处置以及太空处置等方案。

4.1近地表处置

多针对衰变期相对较短的低放射性废物，直接在接近地表的环境下进行填埋处置，深度一般不大于30m。低放射性废物与中放射性废物虽然总量最大，但处置周期不长，在处置过程中可能出现的技术难题最少，因此该处置方式近年来发展得最为迅速，截止到2000年，全球范围内已有上百个专门针对低中放射性废物的处置场，且处置设施趋于多样化，采用水泥、砂砾、黏土等多种屏障系统。

4.2地质处置

是指在地下深达数百米甚至数千米的岩层中，充分利用岩层对放射性废物的阻断性，使一些半衰周期较长、生理毒性相对较大、放射性较高的废物实现与生物圈彻底的隔离。20世纪60年代以来，欧美地区的发达国家、日本等亚洲国家都陆续建立了一些深部地下试验场所，我国也在甘肃地区积极开展高放废物深部地质处置的相关研究。在针对高、中放的地质处置场所选择时，相关人员需要综合考虑到当地的水文条件、气象条件并结合地理物理、地理化学、环境科学学科进行大量的模拟实验研究与环境影响评价，充分论证可行性后才能正式设立放射性废物地质处置场所。核素在地质介质中的迁移、转化是放射性废物地质处置研究中最为重要的核心问题，针对此问题，多个领域的科研人员通过第一手的实地环境基础数据，实地开展核素模拟迁移、转化的实验，实验数据往往是场地性能评价的重要参考指标。

4.3海洋处置

即向固定的海域直接倾倒放射性废物，放射性废物中的核素在海洋的稀释与生态自我调节、修复功能下，以海水为屏障隔绝核废物的放射性。然而，海洋处置对海底地质结构的稳定性要求过高，调研十分困难，所以其对海洋环境真实的影响无法被全面评价，基于多方面因素，海洋处置方法已于1982年停止。

4.4太空处置

是利用运载火箭为运输工具，将放射性废物运载到太空后进行后续处置，然而该处置方式依然停留在科学设想阶段。

结论

随着核能的不断开发利用，放射性废物处理技术备受关注，本文首先概述了放射性废物现状，对放射性废物的来源进行了简单分析，主要来源有核武器试验产生的废物、核工业产生的放射性“三废”、地质勘探、铀矿开采所产生的废物以及其他途径所产生的废物，对放射性废物处理技术进行了简单总结。

参考文献：

[1]王道全. 海阳核电厂离堆放射性废物处理技术介绍及应用分析[J]. 科技创新与应用，2013，（5）：130.

[2]林鹏，刘夏杰，陈明周，等. 热处理技术在核电厂放射性废物处理中的应用研究进展[J]. 环境工程，2013，S1：537-542.