今年1月1日起正式實施的《甘肅省輻射污染防治條例》提出，在甘肅省行政區(qū)域內(nèi)處理、處置的乏燃料和放射性廢物，應(yīng)當(dāng)繳納生態(tài)補償費。
放射性廢物處理處置問題又一次成為焦點。
在世界核電發(fā)展的歷程中，高水平放射性廢物(以下簡稱“高放廢物”)處理處置問題一直吸引各方關(guān)注。隨著我國核電站裝機容量的增長，放射性廢物的累積量也快速增加。高放廢物可以實現(xiàn)安全處置嗎?
記者近日跟隨中核集團2015年核科普公眾開放周“核你在一起”活動走進了位于甘肅省蘭州市的中國科學(xué)院近代物理研究所(以下簡稱“中科院近物所”)。在這里，我國高放廢物處理處置最前沿的研究近在眼前。
無法回避的世界性難題
加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)。
這個在行外人聽來一頭霧水的術(shù)語，是中科院近物所ADS系統(tǒng)團隊的研究人員每天都要接觸的名詞，業(yè)內(nèi)習(xí)慣稱之為“ADS嬗變系統(tǒng)”。作為這個系統(tǒng)的牽頭研究單位，團隊的每一位研究人員都對這個系統(tǒng)如數(shù)家珍。
“ADS嬗變系統(tǒng)嬗變長壽命核素能力強，可大幅降低核廢料的放射性危害，實現(xiàn)核廢料的最少化，被國際公認為是核廢料處理最有前景的技術(shù)途徑。”研究人員告訴記者。
研究人員提到的長壽命核素，正是高放廢物處理處置時最棘手的難題。在核工業(yè)廢物中，97%屬于中低水平放射性廢物，剩下的3%屬于高放廢物。這些高放廢物中的長壽命核素要通過自然衰變達到無害化，需要數(shù)千年、上萬年甚至幾十萬年的時間。
而我國的高放廢物處理處置正面臨困境。按照流程，核電站乏燃料卸出后要先存放在電站內(nèi)的專門水池中冷卻、降低輻射。由于乏燃料中仍有部分未燃燒的鈾和钚，我國同法國、日本等國選擇對乏燃料進行后處理，可用的核素返回核電站，而后處理產(chǎn)生的高放廢物，則要運至高放廢物處置場進行處置，從此“長眠地底”數(shù)萬年。
公開資料顯示，按照《高放廢物地質(zhì)處置研究開發(fā)規(guī)劃指南》，我國將于本世紀中葉最終確認高放廢物處置庫場址。
“如果2030年核電裝機容量達到150~200GWe(吉瓦，一個吉瓦等于一個百萬千瓦)，屆時乏燃料累積存量將達到數(shù)萬噸。乏燃料，特別是其中長壽命高放廢物的安全處理處置將成為影響我國核電可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題之一。”研究人員認為，核電的可持續(xù)發(fā)展必須在確保安全的前提下解決長壽命高放廢物的安全處理處置問題。這是我國乃至國際核能界無法回避的重大問題，也是尚未解決的世界性難題。
從幾十萬年到幾百年
幾十萬年，顯然是一個太過漫長的過程。
中科院ADS團隊目前研究的ADS系統(tǒng)正在努力縮短這個漫長的過程。
“通過ADS系統(tǒng)，我們可以把高放廢物中某些長壽命放射性核素的衰變期從幾十萬年縮短到幾百年。”研究人員告訴記者，“一個優(yōu)化設(shè)計的ADS系統(tǒng)的支持比可達到10左右(一個約百萬千瓦的ADS系統(tǒng)可嬗變10個左右同規(guī)模壓水堆核電機組產(chǎn)生的長壽命放射性核廢料)。”
據(jù)介紹，我國科研人員從20世紀90年代起開展ADS概念研究。ADS系統(tǒng)由加速器、散裂中子靶和次臨界反應(yīng)堆三大分系統(tǒng)組成，要想研究出完整的ADS集成系統(tǒng)，首先要攻克各分系統(tǒng)的單項技術(shù)難關(guān)。
作為這項研究的牽頭單位，中科院近物所協(xié)同中科院高能物理研究所、中科院合肥物質(zhì)研究院的研究人員，目前已在超導(dǎo)質(zhì)子直線加速器等研究方面取得了重要進展和突破，一些關(guān)鍵技術(shù)達到國際領(lǐng)先或先進水平，在加速器物理和技術(shù)、次臨界反應(yīng)堆物理和技術(shù)等方面的探索性研究也取得一系列成果。
“當(dāng)前我們做的一些單項關(guān)鍵技術(shù)小型樣機已經(jīng)達到了ADS嬗變系統(tǒng)的技術(shù)指標要求，下一步就需要做出集成裝置。”說起這一點，團隊成員頗為自豪。更為可喜的是，在研究ADS嬗變系統(tǒng)的過程中，中科院近物所團隊還進一步發(fā)掘了這一系統(tǒng)在核燃料增殖和產(chǎn)能方面的潛力。
“一開始我們僅僅是為了解決高放廢物的處理處置問題來研究這個系統(tǒng)的，但當(dāng)我們把其中的一些指標做到較高水平時，發(fā)現(xiàn)了它在提高鈾資源的利用率方面也有巨大的潛力。”研究人員告訴記者， “如果增加一個高性價比的乏燃料再生循環(huán)處理流程，ADS系統(tǒng)在乏燃料處理、燃料增殖和產(chǎn)能3個方面的能力都將得到極大的提升，可以把核電鈾資源的利用率從當(dāng)前的1%提高到95%，所產(chǎn)生的放射性廢物不到原乏燃料量的4%，放射性壽命減少到約150年。”
研發(fā)時間緊迫
“目前世界上尚無建成ADS集成系統(tǒng)的先例，這對于我國的ADS研發(fā)來說既是機遇，也是挑戰(zhàn)。”研究人員說。
據(jù)了解，歐盟各國、美、日、俄等核能科技發(fā)達國家都制定了ADS 中長期發(fā)展路線圖，當(dāng)前正處在從關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)逐步轉(zhuǎn)入建設(shè)集成系統(tǒng)的ADS原理研究裝置階段。如日本2009 年由日本原子力研究機構(gòu)和高能加速器研究機構(gòu)聯(lián)合建造了日本強流質(zhì)子加速器裝置，計劃在未來升級工程中開展ADS的實驗研究。
“挑戰(zhàn)不小。”研究人員坦言，在加速器方面，工業(yè)級ADS裝置要求質(zhì)子加速器的束流功率大于10 MW，而目前世界上運行的最大功率約為1.4 MW。“這就需要我們提高一個量級，這并不是一件容易的事。同時，ADS嬗變系統(tǒng)中對加速器運行的可靠性要求也遠高于現(xiàn)有的加速器。”
時間很緊。這是中科院ADS團隊當(dāng)前最大的壓力。
“考慮到我國核廢料積累的增長速度，ADS嬗變系統(tǒng)在2030 年代投入實際使用是很有必要的。目前我們已經(jīng)基本解決了原理和關(guān)鍵技術(shù)方面的問題。下一步要開始進行集成技術(shù)驗證，完成這個階段以后才能開始做示范裝置。”研究人員表示，“如果得到及時穩(wěn)定的支持，有望在2022年左右基本完成乏燃料循環(huán)利用驗證等階段性工作，并在2030年左右實現(xiàn)工業(yè)級示范。”
