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世界核废料产量(一)
关于“核废料污染100万年”,你真的要看看
关于“核废料污染100万年”，你真的要看看
这篇文章
2015.11
导读：从《核电将毁灭中国》一文发布以来，关于核安全的讨论就没停过。如何保障核电的安全运行？核废料怎么处理？退役的核电站怎么办？这些问题能豆君都说不清，但是能豆君的小伙伴们很了解！曾在中广核研究院工作的中科院等离子所博士Mr.Zhang就来给大家讲讲核工业的“达摩克里斯之剑”。
为什么要讨论核问题？先讲两组事实：
一组数据：
截至 2014 年6 月 1 日，全球在运核电机组共434台，总装机容量 374.611GW。目前，全球核电机组已产生约351500 T乏燃料，按照当前核电装机规模，每年将产生约10000 T乏燃料。
截至今年9月末，我国核电装机容量达到24.14GW，跻身世界前五名，在建规模则雄踞全球之首。
一组事件：
2009年9月，瑞典奥萨马尔在投票中胜出，将于2020年建成世界上第一座永久性核废料存储库。
图一 与核为邻的小镇
2010年3月，奥巴马政府撤销了永久性核废料存储库——尤卡山存储库的许可申请，进行了22年时间的尤卡山计划正式终止，美国国内5万吨核废料无处安放。
图二 Yucca Mountain乏燃料填埋场（计划已终止）
2011年11月，从法国拉阿格核废料处理厂运往德国核废料暂存地的核废料运载列车，遭到反核组织成员的阻拦。（当然，当从法国捷克进口的核电顺着电网入境的时候，他们并没有阻拦）
图三 反对核废料入境的德国人
2013年，中国核工业集团和法国阿海珐集团签署中国大型商业后处理- 再循环工厂项目意向书，计划在我国建设一座年处理规模达到800 吨的乏燃料后处理基地，工程造价预计达到2000 亿人民币。
随着后福岛核事故时代的到来，世界核工业开始缓慢复苏，中国进入核能快速发展时期，“十三五”末中国核电机组的总数很可能会达到90余台，总装机容量将近90GW，在不久的将来，核废料这柄核工业领域的达摩克利斯之剑势必寒光闪闪。
核废料是什么？
核废料问题是核能可持续发展的关键制约因素已经毋庸置喙，一座百万kW的压水堆（PWR）核电站，每年卸出乏燃料约25 t；其中含有可循环利用的铀约23.75t, 钚约200 kg, 中短寿命的裂变产物(FPs)约1000 kg；还有次锕系核素（MAs）约20 kg，长寿命裂变产物（ LLFPs）约30 kg。
什么是核废料？核废料，是指带有放射性的废料，它不仅产生于核电站中，也产生于核燃料生产加工、医院、同位素生产等领域。
核废料的分类：
表1 核废料成分
（*数据来源世界核学会）
高放废料，又称乏燃料，主要来源于核电站燃烧后的核燃料。
中低放废料，来源于核电站使用过的废弃退役的仪器设备，核燃料生产加工中产生的废料等。
核废料的危害组成等级可以概括为一句话：占3%份额的高放废料贡献了95%的放射性。
放射性极强的高放核废料到底是什么？
高放废料总量很少，然而危害却很大，我们平常谈之色变的核废料主要也是指这一类。乏燃料之所以危害大，是因为其含有对人体危害极大的高放射性元素。
核燃料在堆内经过中子轰击发生核反应后，燃耗深度达到卸料标准的燃料组件从堆内卸除，即为乏燃料。乏燃料中含有含有大量未用完的可增值材料238U或232Th，未烧完的和新生成的易裂变材料Pu239、U235或U233以及核燃料在辐照过程中产生的Np、Am、Cm等超铀元素，以及裂变元素Sr90、Cs137、Tc99等。
表2 核燃料成分表
（*数据来源世界核学会）
铀：主要来源于未燃烧的核燃料组分。
钚：铀原子吸收中子但没有发生裂变反应而产生；理论上来说，4000 克钚原料就可以制造出一个当量相当可观的原子弹。【世界核废料产量】
次锕系元素：它们也是由核燃料中的铀原子吸收中子后没有发生裂变反应而产生的新元素，这类元素的特点是放射性强，半衰期长，通常可达到数万年甚至几十万年。
裂变产物（Sr90、Cs137、Tc99等）：放射性较强，但是需要达到一定剂量才能对人体造成伤害。
高放核废料都是如何处理的？
目前世界主要核工业国家对高放核废料的处理主要分为闭式燃料循环和开式燃料循环（又称一次通过长期处置）两条路线。
1、闭式燃料循环：法国、英国、俄罗斯、中国、日本、印度
2、开式燃料循环：美国、加拿大、西班牙、瑞典、芬兰
开式乏燃料的深地址处理：
乏燃料深地质贮藏的钻孔深度一般为地面下3到5千米，由于钻孔的自我封闭，乏燃料的可逆性非常小。
美国基于火山凝灰岩选取深埋地点。当前美国约有7 万吨乏燃料，贮存在 72 个商业核电站内。另外每年增加2000～2400吨乏燃料。目前四分之三的乏燃
世界核废料产量(二)
核废料处理综述
核废料处理方法的综述
一、核废料定义
核废料[1]（nuclear waste material）,是指在核燃料生产、加工或核反应堆用过的，含有α、β和 γ 辐射的不稳定元素，并伴随有热产生的无用材料。核废料含有一定放射性，可以对生物体细胞的分裂和生长造成影响，甚至杀死细胞。核废物进入环境后，可以通过呼吸、饮食、皮肤接触等途径进入人体,当放射性辐射超过一定程度时，便可以损害机体的健康。研究表明，长年受放射性污染的人，癌症、白内障、失明、生长迟缓、生育力降低等病症的发病率要远远高于常人。另外，如果母亲在怀孕初期腹部受过 x 光照射,她们生下的孩子可能出现胎儿畸形、流产、死产等遗传效应，而且与母亲不受 x 光照射的孩子相比, 死于白血病的概率要大 50%。因此，核废料具有极大的危害。
二、核废料的分类
核废料按物理状态可以分为固体、液体和气体三种；按比活度又可分为高水平（高放）、中水平（中放）和低水平（低放）三种。高放废料是指从核电站反应堆芯中换下来的燃烧后的核燃料[2]。中放和低放主要指核电站在发电过程中产生的具有放射性的废液、废物，占到了所有核废料的99％。按半衰期不同，将放射性核素分为长寿命（或长半衰期）放射性核素、中等寿命（或中等半衰期）放射性核素和短寿命（或短半衰期）放射性核素。
三、 核废料的特征[3]
1. 放射性。核废料的放射性不能用任何的物理、化学和生物等人工方法消除，只能靠自身的衰变而减少，而其半衰期往往长达数千年、数万年甚至几十万年。也就是说，在几十万年后!这些核废料还能伤害人类和环境。
2.射线危害。核废料放出的射线通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。而且在这些射线当中，有相当一部分具有极强的穿透力，甚至能穿过几十厘米厚的混凝土。
3.热能释放。核废料中放射性核素通过衰变放出能量，当放射性核素含量较高时，释放的热能会导致核废料的温度不断上升，甚至使溶液自行沸腾，固体自行熔融，比如福岛核电站的堆芯就是这样熔毁的。
四、核废料的管理原则[4]
1.尽量减少不必要的废料产生并开展回收利用。
2.对已产生的核废料分类收集,分别贮存和处理。
3.尽量减少容积以节约运输、贮存和处理的费用。
4.向环境稀释排放时,必须严格遵守有关法规。
5.以稳定的固化体形式贮存,以减少放射性核素迁移扩散。
五、核废料处理技术的介绍
（一）地质处理
1.近地表埋藏处置法[5]
近地表埋藏处置法是中低放废物处置的主要方法,占处置法80%左右。它分为近地表简易处置法、近地表工程处置法两种,其中近地
表工程处置法居主导地位。
1.1 近地表简易处置法
近地表简易法是在地表挖掘数米深的沟、坑,将盛装废物的容器、无容器废物固化体堆置其中,或将废物直接固化其中,然后再用粘土或土回填夯实。此法只在低渗透性的粘土层或降水量非常少的地区效果较好,否则会严重影响处置效果,导致放射性废物泄漏。这种处置方法对场址选择要求较高,所以,只有美国、墨西哥、英国、瑞典、南非、巴基斯坦、印度、伊朗、日本等少数国家采用,一般是在核废物处置的早期阶段采用的较多。但有部分已停止运行或关闭。这样近地表简易处置法在世界各国的使用越来越少,这也是世界各国更加重视核废物处置安全性的最好证据。
1.2 近地表工程处置法
近地表工程处置法是在地表挖取几米至数十米深的壕沟,大部分深度在10 m以内,高于地下水位,用混凝土或钢筋混凝土加固壕沟的基底、侧墙。为防降水或渗透水,构建了排水及监测系统。然后将封装放射性废物容器堆置其中,最后用土、粘土、沥青、混凝土等充填物覆盖封顶。另外,一些深度不超过50m的竖井和大口径钻孔等处置设施也属于近地表工程处置法。此类设施可建在粘土、冰川沉积物、风化页岩、风化凝灰岩、砾石、砂、粉砂等地质体中。这种处置效果及安全性较好,被世界各国普遍采用。目前,世界上正在运行的、建设中的以及计划造建的废物处置库绝大多数为近地表工程处置设施,但在欧美及前苏联国家有少量的此类设施已经停止运行或关闭。
2. 废矿井处置法
废矿井处置法[2]是利用深度为60~100m的废弃矿井,经过改造,作放射性废物的处置场。作为处置场的废矿井,必须符合一定的地质条件,如矿井内必须干燥无水、围岩的类型及特性等。世界上只有瑞士、瑞典、捷克共和国、芬兰、挪威和克罗地亚等少数国家,采用或计划采用这种方法, 例如,捷克共和国的理查德Ⅱ矿坑,位于地下70~80 m,矿井很干燥,地质体主要为石灰岩和泥灰岩,主要用来处置研究工作中产生的放射性废物(大多数是短寿命的)。瑞典的SFR建于海底之下60m处的结晶岩中。针对不同的低放废物类型、放射性剂量、物质组成和不同的处理需要,设计了不同的岩石硐室;50m深的弹筒状矿坑,用水泥墙加固并增加了一个蒙脱石粘土缓冲带和一套通风系统之后,将放射性活度最强的废物容器置于其中。芬兰的Olk-iluoto与瑞典的SFR相似,具有两个弹筒状深矿坑,一个处置低放废物,另一个处置发热的中放废物,建于地下60~100m,用破碎的围岩作回填材料,用水泥填封含水裂隙带。
将低、中放废物处置在地下废矿井中，是一种较安全的处置方法。可供处置低、中放废物的废矿井有：盐矿、铁矿、铀矿、石灰石矿等矿井。废矿井处置可以利用矿山原有的采矿巷道采空区堆置废物容器。废矿井处置法的优点是：①不占用大片土地；②可充分利用矿山原有的竖井、地下采空区等，处置成本较低；③处置空间大，据统计，按目前美国每年开采盐矿的数量，只要利用其中1%的采空矿山，便可供处置全美国当年产生的所有核废物；④处置深度较大，安全性较好。【世界核废料产量】
该法的局限性在于，废矿井一般离核设施较远，需长途运输废物，而低、中放废物数量多，一般宜于就地处置。
2.1深岩硐地质处置法
深岩硐地质处置法[5]是在地表之下深数百米的稳定岩层中建造处置核废物的设施,使放射性核素与生物圈长期隔离。此种处置方法既可以处置中低放废物,也可以处置高放废物。中低放废物处置的深度一般为300~500m,高放废物的处置深一般为500~1 000m。采用深岩硐地质处置中低放废物效果好,最安全,但费用昂贵,只有少数国家采用。
2.2地下盐穴处理核废料的方法
利用盐穴进行放射性工业废料的填埋处理已经在国外得到很好的利用,具有安全性好、费用低、容量大、符合环保、节省地表面积等很多[6]。优点,随着我国核军事的发展和核能的开发利用,也不可避免的会产生相当的具放射性的工业废料,利用盐穴进行埋藏处理可以有效地减少放射性污染,保护生态环境。除了进行核废料的埋藏处理外,各类难处理的工业废料也都可以利用该项技术进行处理,利用盐穴进行工业废料的处理是一项具有广泛前景的实用技术,值得在我国进行推广。
3.深度钻孔
将核废料埋入地下正成为最受推崇的处理方式之一，深度钻孔这一解决方案仍处在计划阶段[2]。深度钻孔有其优势一面，可以在距离核反应堆很近的地区进行钻孔，缩短高放射性核废料在处理前的运输距离。然而，与将核废料送入太空面临的困难一样，钚回收也是一项
世界核废料产量(三)
核能开发利用现状
核能开发利用现状及对环境的污染
唐 浩
【关键词】：能源危机 核能发展 开发利用现状 核电 环境污染
【摘要】：面对日益加剧的能源危机以及化石能源的利用产生的温室效应、环境污染等问题，世界
各国都对能源的发展决策给予极大重视。核能是一种清洁、安全、技术成熟的能源，开发利用核能
成为能源危机下人类做出的理性选择。本文着重阐述了核能的发展历程、核能的开发利用现状以及
核能的开发利用对环境造成的影响，分析了核能、核电相对于传统能源的明显优势，指出了大力开
发利用核能、发展核电是实现人类社会和经济可持续发展的必然选择，清洁、高效的核能有着广阔
的发展前景。
能源是人类社会和经济发展的保障性资源，同时能源问题也是世界性的问题。目前人类所使用的
能源主要是化石能源，自19世纪70年年代产业革命以来，化石燃料的消费量急剧保持增长，90%以上的世界经济活动所需的能源都依靠化石能源提供，由于大量消耗，这类资源正趋于枯竭；同时化石燃料的大规模利用也带来了严重的环境污染，导致了温室效应和全球气候变暖等一系列环境问题。能源危机与环境危机日益紧迫，寻找新的清洁、安全、高效的能源是人类所面临的共同任务。
现代社会中，除了煤炭、石油、天然气、水力资源外，还有许多可利用的能源，如风能、太阳能、
潮汐能、地热能等等，但是由于技术问题和开发成本等因素，这些能源很难在近期内实现大规模的工业生产和利用；而核能是一种经济、安全、可靠、清洁的能源，同各种化石能源相比起来，核能对环境和人类健康的危害更小，这些明显的优势使核能成为新世纪可以大规模使用的安全和经济的工业能
源。从20世纪50年代以来，前苏联、美国、法国、德国、日本等发达国家建造了大量的核电站， 由于核电具有巨大的发展潜能和广阔的利用前景，和平发展利用核能将成为未来较长一段时期内能源
产业的发展方向。 1 能源危机与发展核能的必然性
由于人类对化石能源的大规模开发利用，可供开采的化石能源日益衰竭，在世界一次能源供应
中约占87.7% , 其中石油占37.3%、煤炭占26.5%、天然气占23.9%。非化石能源和可再生能源虽然发
展迅猛、增长很快, 但仍保持较低的比例, 约为12.3%。根据《2004年BP 世界能源统计》, 截止到
2003年底, 全世界剩余石油探明可采储量为1565.8亿吨, 2003年世界石油产量为36.79亿吨, 即可供
开采年限大约42 年。煤炭剩余可采储量为9844.5 亿吨, 可供192 年，天然气剩余可采储量为175.78 万亿立方米, 可供67 年。化石燃料在使用过程中也造成了严重的环境污染，温室效应、酸雨和全球
气候变暖等全球性的环境问题不断加剧，资源危机和环境危机使人类文明的可持续发展受到制约和
挑战。
在已知的可再生新能源中，由于技术上的困难和经济性等因素，已开发的太阳能、风能、沼气等均未能大规模利用，只有水电资源已大规模开发利用，尽管尚可继续开发，但仅靠水电资源难以满足经济和社会发展的需求，由此看来 ，要使可再生能源达到全面应用并足以支持经济持续发展的水平，还需要相当一段进一步开发的时期。由于新的可再生清洁能源目前面临技术和成本的问题，只有核能是一种既清洁、又安全可靠且经济上具竞争力的最现实的替代能源。
根据国际原子能机构的一位专家发表的报告，一座装机容量为100万KW 的燃煤电厂，每年要耗煤250万吨，所排放的废物有：二氧化碳650万吨（含碳200万吨），二氧化硫1.7万吨，氮氧化物4000吨，煤灰28万吨（其中含有毒重金属约400吨）。而同样规模的一座压水堆核电站，每年才消耗低浓铀25吨（相当于天然铀150吨），所排放的废物为：经处理固化的高放废物9吨（体积约3立方米），将被存放于地下深层与环境隔绝的岩井中，另有中放废物200吨、低放废物400吨。核电厂不排放二氧化碳、二氧化硫或氮氧化物，且1kgU-235裂变产生的能量相当于200吨标准煤。据有关报告显示，现在世界每年因燃烧化石燃料所排放的二氧化碳已达55亿吨（以碳计）之多，而截止1993年的统计，由于使用核能发电已使世界二氧化碳的排放减少了8%。所以在未来相当一段时期内，发展利用核能将成为21世纪人类应对能源危机和实现经济可持续发展的必然选择。
2 核能的发展历程与开发利用现状
2.1 核能发展的简单历程
人类对核能的现实利用始于战争。核能的战争用途在于通过原子弹的巨大威力损坏敌方人员和物资, 达到制胜或结束战争的目的, 目前人类对核能的开发利用主要是发展核电, 相对与其他能源, 核能具有明显的优势。核电站的开发与建设开始于20世纪50年代，1954年，前苏联建成电功率为5000kW 的实验性核电站；1957年，美国建成电功率为9万kW 的希平港原型核电站；这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。
20世纪60年代后期以来，在试验性和原型核电机组基础上，陆续建成电功率在30万kW 以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组，它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时，使核电的经济性也得以证明：可与火电、水电相竞争。20世纪70年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展，目前世界上商业运行的四百多座核电机组大部分是在这段时期建成的，称为第二代核电机组。
第三代核电设计开始于20世纪80年代， 第三代核电站按照URD或EUR 文件或IAEA 推荐的新的安全法规设计，但其核电机组的能源转换系统（将核能转换为电能的系统）仍大量采用了第二代的成熟技术，预计一般能在2010年前进行商用建造。从核电发达国家的动向来看，第三代核电是当今国际上核电发展的主流。
与此同时，为了从更长远的核能的可持续性发展着
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