夯實高放廢物處置技術根基 保障核燃料循環產業可持續發展

北山地下實驗室總設計師

核工業北京地質研究院副院長

國家原子能機構高放廢物處置創新中心 主任 王 駒

高放廢物，即高水平放射性廢物，主要是指乏燃料后處理產生的高放廢液及其固化體；對實行“一次通過，即乏燃料直接處置”政策的國家，高放廢物也包括乏燃料。高放廢物是一種特殊的廢物，含有镎、钚、镅、锝等放射性核素，具有放射性強、毒性大、半衰期長和發熱等特點。它們一旦進入人類生存環境，危害極大，且難以消除。因而，高放廢物安全處置是一個影響核能可持續發展、環境保護和子孫后代福祉的重大問題,也是一個科學、技術、工程和社會學的重大難題。

對高放廢物進行安全處置的難度極大，其難點在于如何使高放廢物在上萬年甚至更長時間尺度與人類生存環境安全可靠地隔離、如何使公眾相信能夠保證高放廢物處置的安全等。同時整個處置過程前人從未經歷過，缺乏實際工程經驗。

因此，對該類廢物的處置是一項極其復雜的系統工程，它具有長期性、復雜性、艱巨性、綜合性和探索性等特點。主要表現在研究開發難度大，安全評價期極長（國際上一般認定的安全評價期約為1 萬年），研發周期長，研發投資較大，公眾關注度高。

截至2022 年6 月，我國在運核電機組54 臺（含高溫氣冷堆），在建及核準機組23 臺，在運核電各項性能指標位于世界前列，在建核電規模世界第一。2021 年核電發電量占全國累計發電量的5.02%。在雙碳目標的驅動下，我國核能發展重新進入快車道。據規劃，到2030 年我國核電裝機容量將達到1.1 億千瓦，到2035 年將達到1.5 億千瓦以上。

核能的發展，產生的乏燃料和高放廢物，務必得到永久安全的處置。

國際高放廢物處置有關進展

芬蘭地下實驗室和乏燃料處置庫 3 維圖

根據今年國際原子能機構出版的《乏燃料與放射性廢物管理的現狀和趨勢》報告，世界上共卸出26.5 萬噸（tHM）乏燃料，其中的12.7 萬噸已經經過后處理（截至2016 年12 月的數據），已經產生3800 萬立方米的放射性固體廢物，其中3050 萬立方米已經得到永久處置，另外，720 萬立方米的固體廢物仍在暫存，等待最終處置。在所有廢物中，98%的屬于低放和極低放廢物，而98%的放射性則集中于高放廢物和中放廢物中。

高放廢物安全處置問題已引起有關國際組織和國家的高度關注。

國際原子能機構成員國大會于1997 年通過了《乏燃料管理安全和放射性廢物管理安全聯合公約》，明確條約簽字國安全處理處置乏燃料和放射性廢物的責任。

各有核國家也均在國家層面上高度重視高放廢物安全處置的工作。他們通過制定國家政策、頒布法律法規、成立專門執行機構、籌措專門經費、制定長期科技開發計劃、建立專門的地下研究設施（地下實驗室）和開展長期研究等方式，從政策、法規、機構、經費和科研等方面積極推進高放廢物的安全處置。

國家層面高度重視、健全管理體制并成立執行機構、建立研發設施（地下實驗室等）、投入重金開展研發是有核國家解決高放廢物問題的最重要特點和關鍵舉措。

高放廢物安全處置的研究開發具有長期性的特點。需要進行長期的基礎研究、技術開發和工程研究，方可實現安全處置的目標。芬蘭于1976 年開始研究，到2022 年建成處置庫第一批處置巷道，歷經46 年，足見其工作的長期性。高放廢物地質處置還具有成本較高、投資大、投資周期較長的特點。歐洲國家經過測算，每噸乏燃料處置的平均成本為66.3 萬美元。

國外從1957 年開始高放廢物安全處置研究，經過幾十年的研究開發，瑞典、法國、芬蘭等國家在高放廢物（乏燃料）處置方面取得了重大進展。

芬蘭于2001 年確定了高放廢物（乏燃料）處置庫的場址，并在場址上建造地下實驗室ONKALO。2015 年芬蘭政府頒發處置庫建造許可證。2021 年開始建設處置庫，開挖第一條處置巷道。到2022 年7 月，完成了首批五條處置巷道的開掘工作，并將于明年開始處置第一罐乏燃料（示范處置）。至此，芬蘭將成為世界上第一個處置乏燃料的國家。

瑞典早在1995 年就建成了Aspo 地下實驗室。2009 年確定了處置庫場址(位于Forsmark 核電站附近)，2020 年政府批準建造乏燃料處置庫。

法國采用核燃料閉式循環戰略，最終處置的是高放廢物玻璃固化體。2004 年建成Meuse/Haute Marne 地下實驗室。于2015 年確定了處置庫場址。目前政府正在評審處置庫建造申請，預計2025 開始建造處置庫，2030 開始處置高放廢物。

但是，國外高放廢物廢物最終處置仍然面臨公眾接受、長期資金籌措、研發不足、黨爭影響等困擾。

我國乏燃料、高放廢物 處置現狀

法國高放廢物處置庫示意圖

我國高放廢物主要源于核電站、國防核設施、反應堆和將來可能建造的高溫氣冷堆。壓水堆乏燃料經后處理將產生高放玻璃固化體、高放固體廢物和α 廢物。國防核設施生產和軍工核設施治理和退役，也將產生高放玻璃固化廢物、高放固體廢物和α 廢物。另外，需要進行深地質處置的還包括長壽命中放廢物和高危險度放射源。

我國高放廢物地質處置研究工作于20 世紀80 年代中起步。30多年來，在選址和場址評價、工程屏障、地下實驗室設計和建造、核素遷移、安全評價等方面均取得了顯著進展。核工業北京地質研究院等單位開展了高放廢物處置庫場址預選研究，掌握了場址特性評價方法，篩選出甘肅北山為我國高放廢物處置庫首選預選區。在工程屏障方面，研制出綜合性能最好的高放廢物處置庫緩沖材料GMZ01。在地下實驗室開發方面，篩選出北山新場為地下實驗室場址，完成了地下實驗室的工程設計，并于2021年6 月17 日正式開工建設地下實驗室。

中國北山地下實驗室項目是列入國家“十三五”規劃的百項重點工程之一，其開工建設，標志著我國高放地質處置工作進入了地下實驗室建設及研發階段。項目位于甘肅省酒泉市北山新場，采用螺旋斜坡道﹢三豎井﹢兩層平巷的主體架構方案，在地下280米深和560 米深建設試驗水平，用于開展現場試驗。建成后，將成為世界上規模最大、功能最全、參與范圍最廣的地下實驗室，將為填補我國在高放地質處置技術地下現場研發平臺的空白，攻克高放廢物安全處置這一世界性難題，保障核工業可持續發展提供無可替代的研發平臺。

目前地下實驗室螺旋斜坡道已經開挖到432 米，揭露出來的巖石極為完整，與預測結果完全一致。地下硐室的穩定性也非常好。

為推進高放廢物地質處置研發，2021 年1 月18 日，國家原子能機構批準設立高放廢物地質處置創新中心。依托北山地下實驗室，這一國家級創新中心是我國高放廢物地質處置領域的科技攻關、技術創新、國際合作交流、人才培養的創新基地和重要平臺。中心既是面向國家戰略需求、匯聚國內頂尖技術力量對高放廢物地質處置領域進行科技攻關、技術創新、國際合作交流、人才培養的創新基地，也是面向世界，與各國開展高放廢物地質處置技術合作，為安全處置高放廢物領域提供中國智慧和中國方案，擴大我國在核領域的國際影響力、推進核能可持續發展的新平臺。

盡管我國高放廢物地質處置研發取得了一系列重大進展，但在技術方面，尚需進一步夯實基礎。主要包括突破處置場址深部特征及適宜性評價、多場耦合和超長時間尺度下多重屏障體系的長期性能評價技術、處置容器材料、放射性核素遷移機制、處置系統長期安全評價技術、處置庫建造技術等方面。

今后應進一步理順管理體制，做好資金籌措，穩定投入科研經費，加大技術攻關，加大國際合作。尤其應當補足短板，為實現最終安全處置我國高放廢物的目標建立堅實的科學、技術和工程基礎。