高水平放射性廢物處理處置標準分析

劉立坡，李筱珍，靳立強，劉富貴

(核工業標準化研究所，北京 100037)

高水平放射性廢物(以下簡稱“高放廢物”)指活度濃度高于 4×1011Bq/kg，或釋熱率大于 2 kW/m3，需要更高程度的包容和隔離，應采取深地質處置方式處置的廢物[1]。高放廢物主要包括高水平放射性廢液(以下簡稱“高放廢液”)和高水平放射性固體廢物(以下簡稱高放固體廢物)。高放廢液主要指處理乏燃料的去污分離循環產生的含大部分裂變產物和少量錒系元素的廢液。高放固體廢物主要來源于乏燃料處理設施運行、退役產生的廢結構料、廢包殼等[2]。高放廢液目前可采用三級蒸發等方式進行處理，蒸殘液經暫存后最終進行玻璃固化。高放固體廢物經解體、干燥、裝桶、焊封后轉運至暫存庫暫存，將來進行深地質處置[3]。有關這兩種高放廢物的處理處置標準是國際國內放射性廢物管理的重要內容。

1 高放廢物處理處置標準的重要性

高放廢物中含有镎、钚、镅、锝等放射性核素和大量裂變產物，具有放射性強、毒性大、半衰期長、酸性強和腐蝕性大等特點，一旦進入人類生存環境，危害極大且難以消除，可持續到上萬年甚至百萬年，涉及代際公平和長期安全，與核事故并列為影響核能發展的兩大主要安全問題。高放廢物的處理處置是一項系統工程，需要利用系統思維建立以高放廢物處置為目的的全壽期管理機制，進而規范化管理高放廢物的處理處置工作。標準作為高放廢物全壽期管理的有力抓手，是科研生產經驗的凝練和結晶，代表著最新科學技術水平，是開展高放廢物處理、整備、貯存、處置等工作的技術依據。按照標準開展高放廢物處理處置工作，是實現人員防護、環境保護以及良好經濟性的重要保障，可以避免“一事一議”、“走彎路”等情況，可有效的促進高放廢物處理處置工作科學化、規范化開展。例如，高放廢液分析方法標準是在實踐經驗的基礎上，經實驗室間比對形成的，是進行廢液中镎、钚等核素分析工作的技術依據。按照標準的方法開展取樣和分析工作，獲得的源項數據才是準確的、可靠的，才能滿足貯存和處理的要求。否則源項數據將不可信，為貯存及后續的處理帶來極大的不確定性。

2 國外高放廢物處理處置標準現狀

國際原子能機構( IAEA) 是制定放射性廢物安全標準的主要國際組織，其制定的標準在世界范圍內得到廣泛采納。IAEA 專門成立了廢物安全標準顧問委員會，組織編制和審評廢物安全標準。目前IAEA 已經制定和正在制定的廢物安全標準和相關文件有上百項，其中與高放廢物處理處置相關的主要標準和技術文件涉及處置前管理基本要求、高放廢液固化、固化體性能要求及相關檢驗方法、固體廢物接收、回取、貯存以及深地質處置等。美國也制定了比較全面的放射性廢物管理標準及大量文件。其中美國能源部(DOE)是美國制定放射性廢物管理法規和標準最多的政府機構，制定的與高放廢物處置前管理相關的主要標準涉及高放廢物處置前管理、處置容器設計、處置場所適宜性評價等要求。另外國際標準化組織(ISO)也制定了2項高放廢液固化相關標準。高放廢物處置前管理相關標準清單列于表1，處置相關標準清單列于表2。

表1 國外涉及高放廢物處置前管理相關標準

表2 國外涉及高放廢物處置相關標準

國際上先進標準的體系性和延續性一直保持較好狀態，通過技術委員會或專門的機構對標準進行分類、分級管理，并通過有效的相互引用機制，進一步加強了標準的執行力。我國高放廢物處理處置工作起步較晚，在科研生產中積極參考使用國際/國外先進標準，特別是IAEA安全標準，在我國采用率非常高。隨著我國核領域相關標準化委員會、專業標準化機構的成立，我國陸續將部分國際/國外標準轉化為我國的核安全導則和標準，以達到與國際接軌和適應國內情況的雙重目標。如編制HAD 401/06—2013《高水平放射性廢物地質處置設施選址》參考了IAEA.SSR-5(2011)；編制HAD 401/10—2020 《放射性廢物地質處置設施》參考了IAEA.SSG-14(2011)；編制NNSA-HAJ-0001—2020《放射性廢物處置安全全過程系統分析》參考了IAEA.SSG-23(2012)；編制EJ/T 20012—2012《高放廢物處置前管理技術規定》參考了WS-G-2.6(現已并入GSR Part 5)、DOE M 435.1-1、DOE G 435.1-1等文件；編制我國現行的廢物分類辦法參考了IAEA.GSG-1(2009)等。

3 我國高放廢物處理處置標準現狀

3.1 標準體系結構圖

標準體系是現有、應有和預計制/修訂標準的藍圖，是開展標準體系建設的基礎和前提，是開展標準制/修訂工作的重要依據。我國現有的放射性廢物管理標準體系是2000年由原國防科工委組織編制的，標準體系層級劃分比較簡單，遠不能適應當前情況。近年來核工業標準化機構對放射性廢物管理標準體系開展了頂層設計研究，初步提出了標準體系結構圖。對于高放廢物處理處置而言，標準體系結構按照序列結構劃分，即廢物的產生、分類、收集、處理、貯存、運輸、處置等全壽命周期，示于圖1。

圖1 高放廢物處理處置標準體系框架圖

3.2 現有標準情況

作為高放廢物全壽期管理的有力抓手，加強高放廢物處理處置標準的建設工作，重要性不言而喻。我國的法律法規，如《中華人民共和國放射性污染防治法》、《放射性廢物安全管理條例》等法律法規都明確規定了高放廢物的處理、整備、運輸、貯存、處置在內的所有行政和技術活動都要符合嚴格的標準。而目前我國絕大多數的廢物處理處置標準是針對低中放廢物編制的，僅存在部分較為通用的標準和極少數針對性較強的標準適用于高放廢物處理處置，具體情況列于表3。

表3 我國高放廢物處理處置標準現狀

3.3 標準現狀分析

3.3.1標準缺項嚴重

從表3中不難發現，目前我國只是針對高放廢物處置前管理、α廢物處置前管理、高放廢液貯存等方面制定了針對性較強的標準，其他都是適用于高放廢物處理處置的通用標準，遠不能滿足實踐工作的需求。由于高放廢物深地質處置庫尚未建成，加強高放廢物處置前管理(成份分析、整備、貯存等)以及高放廢物處置概念設計、場址調查與特性評價和地下實驗室建設等方面的標準建設已成當務之急。當前高放廢物處理處置標準體系中，缺少高放廢物處理處置工程經濟、高放廢液成份分析、高放廢液固化體性能要求及檢驗方法、高放廢液固化體包裝貯存、高放廢物深地質處置等方面的標準，不利于高放廢物處理處置工作安全、經濟地開展。

3.3.2部分標準內容陳舊

隨著新廢物分類辦法的頒布和高放廢物處理處置水平的提升，部分標準的內容已不能完全適用，需要進行修訂。如GB/T 4960.8—2008《核科學技術術語 第8部分：放射性廢物管理》，需要按照新的放射性廢物分類辦法以及放射性廢物管理的最新技術發展情況進行修訂，增加玻璃固化、深地質處置等方面的術語；EJ/T 20012—2012《高放廢物處置前管理技術規定》、GB 11929—2011《高水平放射性廢液貯存廠房設計規定》，需要補充貯罐內設置冷卻蛇管、空氣攪拌，防止高放廢液自沸和沉淀，采取防臨界措施，方便檢查大罐腐蝕程度的措施等要求；GB 14500—2002《放射性廢物管理規定》，需要按照GB 11806—2019《放射性物品安全運輸規程》修改廢物轉運、人員資質、應急措施等相關要求，增加近年來已得到廣泛應用的技術要求(如玻璃固化技術)，調整固體廢物包貯存期和貯存環境要求，增加深地質處置庫廢物接收基本原則等內容。

4 高放廢物處理處置標準需求分析

高放廢物處理處置標準化的核心是規定高放廢物處理處置各階段各步驟的安全要求和具體的操作要求，規范高放廢物成份分析、處理、整備、貯存、運輸以及處置等活動，使相關活動在標準的要求下安全經濟地進行。至于高放廢物處理處置的責任、總體規劃、經費籌措和資金支持機制等法規建設問題，在相關文獻[4-5]中已分析過，本文重點分析高放廢物處理處置標準需求，主要包括高放廢液成份分析、高放廢液固化體性能要求及檢驗方法、高放固體廢物包裝貯存、高放廢物處理處置工程經濟標準、高放廢物深地質處置標準。

4.1 高放廢液成份分析標準

高放廢液具有強放射性、毒性高、含鹽量高、化學成分復雜等特點，產生的高放廢液暫存在高放廢液暫存設施內，此類設施屬于一級安全風險點，除了對儲存罐及相關配套設施進行安全監護外，還需對高放廢液中放射性核素進行分析，以確保設施的安全以及為玻璃固化提供準確的源項數據。高放廢液中的化學組成及放射性核素組成直接或間接影響玻璃固化體的配比，是影響玻璃固化配方的一項重要指標。高放廢液分析方法原理簡單，但操作難度太大，應在試驗驗證所取得經驗的基礎上，按照難易程度分階段開展高放廢液中硝酸根、鐵、磷、99Tc、總U、137Cs、90Sr、總α、總β、237Np、Pu同位素、241Am等核素分析方法系列標準的編制工作。

4.2 高放廢液固化體性能要求及檢驗方法標準

高放廢液固化工藝包括玻璃、巖石、陶瓷等，目前比較成熟并在工程中廣泛應用的固化工藝為玻璃固化。玻璃固化體在漫長的地質處置過程中，如果與地下水接觸而發生反應，將導致玻璃固化體中核素浸出，污染地下水。要使玻璃固化體能夠長期包容和隔離高放廢物，要求玻璃固化體有良好的化學穩定性、機械穩定性、熱穩定性和輻照穩定性[6]。法國、日本等國都采用玻璃固化技術處理高放廢液。我國自20世紀70年代開始就從事高放廢液玻璃固化研究工作，到目前為止已開展了玻璃固化配方、工藝、設備、過程控制和固化體性能測試等方面的技術研究。2009年我國同德國正式簽訂高放廢液玻璃固化工程技術引進合同，開始高放廢液玻璃固化項目工程建設項目，目前正準備開展熱試。高放廢液玻璃固化工作迫在眉睫，但與之相對應的標準相對匱乏，尤其是缺少高放廢物玻璃固化體性能要求標準，缺少玻璃固化體的性能要求和檢驗方法依據，給如何判斷玻璃固化體是否合格，如何檢驗帶來難題。

4.3 高放固體廢物包裝貯存標準

我國針對低中放廢物，制定了《低、中水平放射性固體廢物容器鋼桶》(EJ 1042—2014)等近10項容器方面的標準，低中放廢物容器標準基本健全。而在高放廢物盛裝容器方面，我國尚未制訂任何的國家標準和行業標準(中核集團制訂了企業標準)，特別是在高放廢物尚無處置出路的情況下，廢物的貯存、運輸的安全性暫無保障，亟需制訂高放固體廢物容器標準、高放廢液玻璃固化體的包裝容器標準，提升高放固體廢物、玻璃固化體的貯存和運輸的安全性。另外高放玻璃固化體在送往深地質處置場之前要進行暫存和充分冷卻，這是一個必要的工藝過程，未來玻璃固化體暫存將有顯著的需求。目前我國只有GB 11929—2011一項標準，國外有關玻璃固化體中間暫存的標準也不完整，需要加強暫存庫相關標準研制工作。

4.4 高放廢物處理處置工程經濟標準

上世紀90年代初，原中國核工業總公司組織建立起來的核工業費用標準體系(包括《核工程專業預算定額(1990年)》(共四冊)、《核工業建筑安裝工程概算定額(1993年)》(共六冊)、《核工程投資估算指標》(共二冊)、《核工業建筑安裝工程費用定額(1995年)》和《核工程建設概算編制暫行規定(1995年)》)，在當時對于核工程的工程造價及費用控制工作發揮了重要作用[7]。近年來隨著工程建設的發展、國家相關政策及管理要求的變化，具體建設費用的組成及測算方法發生了較大的變化。原有的核工業費用標準體系，無論預算定額、概算定額、估算指標、其他費的劃分取費等，均已不適應我國放射性廢物處理處置建設項目的發展現狀，尤其是高放廢物處理處置工作。高放廢物處理處置難度大，危險性高，投資規模大，費用的組成與一般固定資產投資項目有著很大的差異性，應提前開展放射性廢物處理處置工程建設項目費用相關標準的預先研究。

4.5 高放廢物深地質處置標準

我國高放廢物深地質處置目前處于選址階段，概念設計、場址調查與特性評價、地下實驗室建設是重點工作。高放廢物深地質處置標準目前只發布了少數幾項企業標準，在深度、廣度上都還無法滿足高放廢物深地質處置對標準的需求，該領域標準“基本空白”的狀況是我國高放廢物深地質處置研發工作的瓶頸，高放廢物深地質處置工作的安全性、經濟性缺少法規標準的支撐。作為國家重大核環保工程項目，我國高放廢物地質處置研發工作已經進入地下實驗室工程建設準備的關鍵階段，因此，形成一系列方法成熟、技術先進、成果數據可靠、操作性強的技術標準，支撐和指導后續科技研發工作的開展，從而為后續場址比選、特性評價和安全全過程系統分析提供依據已經迫在眉睫。

5 高放廢物處理處置標準化工作的建議

5.1 率先完善高放廢物處理處置標準體系表

對高放廢物處理處置標準體系結構圖(初稿)進行細化，編制標準明細表。一是系統分析高放廢物處理處置相關政策和技術路線，明確該領域標準體系建設的愿景、近期擬達到的目標。二是根據GB/T 13016—2018《標準體系構建原則和要求》等標準的要求，基于高放廢物處理處置科研生產實踐，細化該領域標準體系框架結構。三是開展標準需求分析，研究提出高放廢物處理處置科研生產亟需、配套重大工程重大項目的技術標準，將與法律法規和強制性國家標準規定的要求相配套的技術標準納入標準明細表。四是開展適用性分析，分析核工業標準、國內通用工業標準、以及ISO、IAEA、IEC、美國、法國、英國、日本等技術較為先進的國際標準和國外標準，研究其對高放廢物處理處置標準的適用性，適用標準納入標準明細表。

5.2 及時修訂不適用標準

梳理分析與高放廢物處理處置相關的政策法規變化以及新技術發展，分析提出技術內容落后或不適用的現有標準(如GB/T 4 960.8—2008、EJ/T 20012—2012、GB 11929—2011、GB 14500—2002等)，研究確定待修訂(或需增加)的核心技術指標，分析這些核心指標涉及的標準以及標準之間的關系，盡快研究提出高放廢物處理處置標準修訂計劃，并按照計劃開展相關標準修訂工作。

5.3 優先編制高放廢液成份分析標準

開展高放廢液中硝酸根、鐵、磷、99Tc、總U、總β、137Cs、90Sr、總α、237Np、Pu、241Am等核素分析方法系列標準的編制工作，規定各類分析方法的試劑和材料、儀器和設備、取樣規則、試驗步驟、試驗數據處理、精密度等要求，為分析工作的開展提供標準支撐。

5.4 加快編制高放廢液固化體性能要求及檢驗方法標準

開展高放廢液固化體性能要求及檢驗方法標準編制工作，規范玻璃固化體的物理性能、抗浸出性能、熱性能、耐輻照性能、高溫粘度、高溫電阻率及相應的檢驗方法，確保產生的高放廢液玻璃固化體滿足貯存、運輸、處置安全目標。

5.5 提前布局高放廢液固化體包裝貯存標準

開展高放固體廢物容器標準、高放廢液玻璃固化體的包裝容器標準的編制工作，提升高放固體廢物、玻璃固化體的貯存和運輸的安全性。開展高放玻璃固化體中間貯存庫設計標準的研究和制定，以便指導設計，明確設施選址、安全準則、安全分析和設計方法[7]。

5.6 關注高放廢物處理處置工程經濟標準的預先研究

開展放射性廢物處理處置工程建設項目《預算編制方法》、《費用性質及項目劃分規定》、《其他費用編制規定》、《預算定額》、《概算定額》、《估算指標》等真實地反映放射性廢物處理處置建設項目費用需求的標準預先研究，為具體的標準制定工作奠定基礎，以利于在建設期間更好地進行費用控制。

5.7 探索性開展高放廢物深地質處置標準預先研究與編制

為規范深地質處置活動，配套實施《放射性廢物安全管理條例》以及相應的法規導則，現階段主要聚焦高放廢物深地質處置安全要求、高放廢物深地質處置庫場址特性評價、高放廢物處置地下實驗室安全、高放廢物地質處置工程設計以及地下實驗室水文地質特征、地質處置緩沖材料、抗震設計等標準的研制工作。