徐國慶

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團高放廢物地質(zhì)處置評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

我國高放廢物地質(zhì)處置的研發(fā)工作，從1985年正式啟動以來，至今已有27 a的歷史。這27 a來，該項研發(fā)工作有了長足的進展：研發(fā)隊伍從無到有、從小到大；經(jīng)費的投入有了大幅度的提升；區(qū)域和地區(qū)（地段）選址工作獲得了很大進展；選址工作的相關(guān)法規(guī)正在建立和完善；高放廢物處置的研發(fā)工作已正式列入國家規(guī)劃；國際協(xié)作也得到了廣泛開展。這些可喜的進展為我國今后該項研發(fā)工作的大發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)。為了更好地開展我國高放廢物處置的研發(fā)工作，筆者提出如下幾點建議，供業(yè)內(nèi)有關(guān)人士參考。

1 要高度重視高放廢物處置的安全性問題

安全性問題是高放廢物處置的最根本問題，一定要把這條主線牢記在心。現(xiàn)就與此有關(guān)的幾個問題進行討論。

1.1 高放廢物處置庫不同于一般地下工程設(shè)施

目前國際上公認(rèn)的高放廢物處置方案是地下工程處置，也就是早期所說的礦山式處置，但這類處置庫與一般地下工程設(shè)施，如地下油庫、地下軍事指揮部、地下武器庫和進行核物理試驗的地下實驗室等不同，它具有如下明顯的特點:

（1）處置庫中堆放的是高放廢物或 （和）乏燃料，它具有強放射性、高放射毒性、長半衰期和高釋熱率等特點，雖然它在廢物中所占體積甚小，但卻占全部廢物所有放射性的99%；

（2）處置庫近場有放射性熱效應(yīng)，同時對周圍的固體介質(zhì) （包括天然屏障和人工屏障）會引起輻射損傷，對流體介質(zhì)（主要是地下水）產(chǎn)生輻射分解，影響處置庫系統(tǒng)天然屏障和人工屏障的穩(wěn)定性，影響地下水的物理化學(xué)性質(zhì)；

（3）處置庫中的廢物安全處置期長達萬年以上，這是人類歷史上要求壽命最長的一項地下工程。

1.2 高放廢物的特性不同于低、中放廢物

高放廢物主要是指乏燃料經(jīng)后處理產(chǎn)生的高放廢液及其固化體。對不進行后處理的國家，高放廢物也包括乏燃料。

由于高放廢物中的放射性核素具有強放射性、高放射毒性、長半衰期和高釋熱率等特點，因此，一般公認(rèn)為宜處置在地下500 m或更深的深部穩(wěn)定的地質(zhì)建造中。根據(jù)國外已有的經(jīng)驗，處置庫選址工作一般需耗時n×10 a。同時處置安全期長，至少要1×104a以上。而低中放廢物毒性相對較低，半衰期也較短，要求的處置安全期一般僅為300～500 a，其處置場的選址時間一般只需n×100a，且該類廢物一般都處置在地表或近地表處，如法國的芒什和我國的西北處置場，但也有一些處置在地下深部，如德國的Asse。當(dāng)然，屬于低中放廢物的α廢物也需要進行深部處置，如美國的WIPP。

因此，低中放廢物處置場的選址工作要遠比高放廢物處置庫的選址工作容易得多，故不少國家都擁有自己的低中放廢物處置場，就連在開展處置庫選址工作十分困難的日本，也有自己的低中放廢物處置場。但對高放廢物處置庫的場址，至今只有極少數(shù)國家被確認(rèn)。所以，高放廢物處置庫的選址工作是一項長期而極為復(fù)雜的工作，對于這點要有足夠的思想準(zhǔn)備。

1.3 高放廢物處置庫選址不同于核電站選址

核電站的安全性極為重要，它涉及核電站周邊人們的健康與安全。 前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站事故和2011年日本福島第一核電站的核泄漏事故帶來的巨大的環(huán)境災(zāi)難和人員財產(chǎn)的損失已充分說明了維護核電站安全的重要性。但處置庫與核電站具有下列兩點明顯不同：

（1）核電站運行時間短，只有n×10 a，而處置庫壽命長，一般在1×104a以上，有的國家甚至要求達1×106a之久；

（2）處置庫一般貯存了一個國家所有核電站的高放廢物和乏燃料，其總比活度要遠比單個核電站的放射性總比活度大，因此，處置庫比核電站具有更大的潛在危險性。

基于上述兩點，處置庫在選址方面的要求應(yīng)該比核電站要高。

1.4 深地質(zhì)處置不同于近地表處置

核廢物的淺部和深部處置，如上所述，是由各類廢物自身的特點所決定的。淺部處置如果出了核事故，則易于人工干預(yù)，正如切爾諾貝利和福島第一核電站那樣；而深部處置一般要比淺部處置更為安全，但如果一旦出了核事故（如由地震引起的處置設(shè)施破壞和地下水入侵），則深部處置難以進行人工干預(yù)，有毒核素就會隨地下水向外遷移，其產(chǎn)生的后果可能要遠比今日的日本福田和前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站事故更為嚴(yán)重得多。因此，對處置庫場址的安全性要求要遠高于對核電站場址的安全性要求?，F(xiàn)今世界上（截至2011年9月15日）已運行的核電機組為433臺，在建的有65臺［1］，但高放廢物處置庫場址至今只有極少數(shù)國家被選定（如芬蘭的Olkiluoto、瑞典的Forsmark和美國的 Yucca山），且處置庫至今也沒有一個建成的，這足以說明高放廢物處置庫選址難度要遠大于核電站的選址難度。

2 選擇一個安全穩(wěn)定的場址是處置庫系統(tǒng)安全首要考慮的問題

處置庫選址應(yīng)考慮眾多因素，除自然因素（如地質(zhì)、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)）外，還與社會、政治、經(jīng)濟和技術(shù)等諸多因素有關(guān)，因此，一個處置庫場址的選定是一項長期而復(fù)雜的工作。本文談及的主要是選址的自然條件。

處置庫為了安全處置高放廢物，一般采用多重屏障系統(tǒng)，有天然屏障和人工屏障。天然屏障一般指的是處置庫圍巖，而人工屏障又稱工程屏障，一般指的是廢物體、廢物罐、外包裝和回填/緩沖材料。這里應(yīng)該明確，一個處置庫的安全性，天然屏障是主要的，人工屏障是彌補天然屏障的某些不足而采取的人工措施，我們期望這兩重屏障在廢物處置后都能有效地發(fā)揮它應(yīng)有的作用。從廣義上說，處置庫工程本身也可理解為人工屏障的一部分。要這些多重屏障系統(tǒng)能完好地發(fā)揮作用，還必須有一個重要的前提條件，即處置庫場址必須選在一個區(qū)域地殼穩(wěn)定的地區(qū)。如這一問題得不到解決，即使其他條件很優(yōu)越，場址也難以被最終確認(rèn)。我國目前正處于區(qū)域預(yù)選和地區(qū)（地段）預(yù)選階段，因此，在現(xiàn)階段應(yīng)以查明場址區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題為首要任務(wù)。只有在此研究基礎(chǔ)上才能談及處置庫圍巖的選擇，以及場址的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖石力學(xué)和工程建造等有關(guān)問題的研究，因為不同的選址階段其主攻任務(wù)是不同的。

發(fā)生在2008年5月12日的中國汶川8級地震和2011年3月11日的日本東北部海域（宮城東130 km處） 9級地震（又稱東日本大地震）留給人們的記憶是十分慘烈的。9級地震相當(dāng)于美國在二戰(zhàn)時投在廣島的30 000多顆原子彈所具有的能量總和，那是全美國將近一個月的能量消耗［2］。強烈地震會引起地質(zhì)體錯位，同時引發(fā)處置庫工程破壞和地下水入侵，而且隨之而來的后果更是不堪設(shè)想。在地震和海嘯的雙重襲擊下，福島第一核電站的1～4號機組出現(xiàn)了核泄漏事故，其中1號機組的事故級別被定為與切爾諾貝利核事故同級別，即最高級別——7級，并要求當(dāng)?shù)鼐用癯冯x到距1號機組20 km以外的地區(qū)。此次地震給當(dāng)?shù)鼐用駧砹司薮蟮纳拓敭a(chǎn)損失。由此假設(shè)，如果處置庫發(fā)生破壞，其后果必將更為嚴(yán)重。

依據(jù)美國國家航空航天局收集的資料得知，日本的這次強震使日本本州島向東移動了大約3.6 m，使地球自轉(zhuǎn)加快了1.6 μs，地軸移動了6 μ。日本國土地理院也宣布，由于這次地震，位于震中西北部的宮城縣牡鹿半島向震中所在的東南方向移動了約5.3 m，同時下沉約1.2 m，這是日本有觀測史以來最大的地殼變動記錄。據(jù)報道，朝鮮半島也因為這次強震而東移了5.16 cm，甚至我國北方地區(qū)也出現(xiàn)了幾毫米的東移現(xiàn)象。美國地質(zhì)調(diào)查局高級顧問戴維·艾伯蓋特表示，地震還在海底造成了一條長300 km、寬150 km的裂縫［2］。因此，為了人類的健康生活，在處置庫選址時應(yīng)首先查明場址的區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題，因為地震引起的對處置庫的破壞，通常是難以用加強人工屏障的方法來彌補的。

通常將震源深度在0～70 km范圍內(nèi)的地震，叫做淺源地震。淺源地震的發(fā)震頻率高，占地震總數(shù)的72.5%，其釋放的地震能量占總釋放能量的85%。其中，震源深度在30 km以內(nèi)的占多數(shù)。本次日本地震震源深度為24.4 km，因此為淺源地震。處置庫深度一般為500 m左右，因此也屬淺源地震范圍，所以場址的區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究顯得尤為重要。

3 關(guān)于開展處置方案的討論

3.1 處置庫系統(tǒng)中輻射防護劑量標(biāo)準(zhǔn)的確定和環(huán)境評價時間尺度的確定

美國對尤卡山候選處置庫系統(tǒng)的環(huán)境評價時間尺度以前定為1×104a，后來又主張定為1×106a；瑞典對Forsmark候選處置庫系統(tǒng)的環(huán)境評價時間尺度定為1×105a［3］。那么中國對未來處置庫系統(tǒng)的環(huán)境評價時間尺度定為多少年?為什么要提這個問題，因為如果這個問題的答案不確定，處置庫場址的安全分析和環(huán)評工作就無法進行，最后會導(dǎo)致場址評價工作無法完成。由于環(huán)評時間尺度的確定與處置系統(tǒng)中輻射防護劑量標(biāo)準(zhǔn)的確定有關(guān)，因此，應(yīng)對這兩個問題同時進行研究和解決。

3.2 處置方案的確定

3.2.1 處置庫施工方案

入口工程采用豎井還是斜道施工？ 豎井施工有幾個？ 處置庫深度是多少？ 整個工程的開掘方案是什么？這些問題不明確，處置庫的概念設(shè)計則無法進行。

3.2.2 處置后的廢物回取與否

放射性廢物的 “廢物”概念是相對的，這與當(dāng)時的技術(shù)水平、國家急需情況和經(jīng)濟成本等因素有關(guān)。在2000年左右，美國針對尤卡山候選處置庫，首先提出處置后的高放廢物及乏燃料經(jīng)300 a后要回取的方案。這個方案在歐洲有些國家（如法國和瑞典等）產(chǎn)生了一定程度的反響，他們也在各自國家的地下實驗室中進行了一些相應(yīng)的實驗研究，但還未列入國家的正式處置方案之中（除法國外），如瑞典的KBS-3方案所示的那樣［4］。

由于尤卡山廢物處置采用的是廢物處置后可回取的方案，因而在處置過程中不用回填/緩沖材料，因此，美國自2000年以后，中止了以前與瑞典一樣進行大規(guī)模的回填/緩沖材料的研究工作，而開始研究廢物罐外的防滴水罩問題。對于這些問題，我們會采用哪種辦法?早明確要比晚明確好，要盡量少走彎路，避免不必要的損失。

3.2.3 中國需要的是什么樣的地下實驗室？何時建造較為合適？

處置庫場址的最終確認(rèn)，是通過被選定在處置庫場址上的場址特定地下實驗室的研究工作而得到最終實現(xiàn)的。如美國尤卡山場址的ESF和瑞典于2013年將在Forsmark處置庫場址上建造的地下實驗室就屬于此類地下實驗室。普通地下實驗室并不位于被選定的處置庫場址上，由于地質(zhì)情況因地而異（這一點往往不被人們所理解），因此，由它而獲得的參數(shù)不能作為處置系統(tǒng)性能評價的直接依據(jù)，也就是說，普通地下實驗室在最終確認(rèn)場址方面不能替代場址特定地下實驗室，因為兩者各有自己的功能和歷史定位［5］。

普通地下實驗室，自1965年起，已陸續(xù)開發(fā)了許多個，它的主要任務(wù)是進行方法學(xué)研究，初步為處置庫系統(tǒng)性能評價提供數(shù)據(jù)，同時在培養(yǎng)人才、積累經(jīng)驗和加快場址特定地下實驗室研究工作進程方面也起到了積極作用。因此，如果國家經(jīng)濟條件允許，在我國先成立一個普通地下實驗室也未嘗不可，比如在日本這類地下實驗室就有5個，而且有的規(guī)模還不小，如瑞浪地下實驗室深達1 000 m， 幌延地下實驗室有3個豎井［5］。 假如我國在2000年前要建成地下實驗室的話，那么這類地下實驗室只能是普通地下實驗室，因為我國處置庫場址至今還未被選定。不少業(yè)內(nèi)人士指出，既然是建普通地下實驗室，國外這類地下實驗室又很多，何必要重復(fù)他人工作，可派人去有關(guān)國家學(xué)習(xí)相關(guān)經(jīng)驗。筆者認(rèn)為，瑞士和日本等國也都派人去加拿大和瑞典等國學(xué)習(xí)過地下實驗室的研發(fā)經(jīng)驗，但這些國家并未因此而中止各自國家普通地下實驗室的研發(fā)工作，由此可見，他們執(zhí)行的是自力更生為主，外派學(xué)習(xí)為輔的方針?？傊?，在何時建造地下實驗室，建成何種類型的地下實驗室，國內(nèi)業(yè)內(nèi)人士意見尚不統(tǒng)一，這需要決策機構(gòu)來進行最后裁定。

4 其他問題

4.1 立法問題

由于我國高放廢物處置的研發(fā)工作起步較晚，因而常缺乏相關(guān)的規(guī)定、導(dǎo)則或標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在有關(guān)部門雖做了一些努力，但整個高放廢物處置研發(fā)工作的立法工作仍處于滯后狀態(tài)，這方面美國走在我們前面，做了不少工作，可以借鑒。

4.2 完善審管機關(guān)

現(xiàn)在我國高放廢物處置研發(fā)工作的審管機關(guān)雖已初步建立，但還不完善，如階段性工作完成之后，國家應(yīng)設(shè)有專門機構(gòu)對其進行評審，并實行許可證制度。我國高放廢物處置的研發(fā)工作至今已進行了27 a，但還沒有進行過一次國家專門評審機構(gòu)的評審。一般的專家組的評審意見，僅供領(lǐng)導(dǎo)機關(guān)決策參考，起咨詢作用，不具法律效應(yīng)，但國家專職的評審機構(gòu)卻負(fù)有法律責(zé)任，因此，應(yīng)盡快建立國家級相應(yīng)的評審機構(gòu)。

4.3 建立國家級專家委員會

國外不少國家都建有全國性的專家委員會，其成員是固定的，都是國內(nèi)核廢物處置領(lǐng)域各相關(guān)方面的資深專家。這些成員是由高級政府部門遴選的（如加拿大）或由總統(tǒng)直接任命的（如美國）。他們負(fù)責(zé)為政府領(lǐng)導(dǎo)機關(guān)的決策提供高放廢物處置方針、政策和實施方案等方面的建議。目前我國還沒有這類專設(shè)的專家委員會，若有此機構(gòu)，將有助于我國高放廢物處置事業(yè)的更好發(fā)展。

由于我國高放廢物處置研發(fā)工作起步較晚，專家們又來自各個不同的研究領(lǐng)域，因此建議，在建立國家級專家委員會后，組織專家們進行適當(dāng)再學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)IAEA和國內(nèi)有關(guān)法規(guī)導(dǎo)則，學(xué)習(xí)國外已有的經(jīng)驗和實例，有必要的話可對有些國家進行重點考察，以期了解高放廢物處置研發(fā)工作的全貌，了解研發(fā)工作的階段性及各階段研發(fā)工作的重點，了解各學(xué)科如何協(xié)同作戰(zhàn)，以及了解對已有成果的評審依據(jù)和準(zhǔn)則等。只有專家們知曉高放廢物處置研發(fā)工作的全貌和各個環(huán)節(jié)，才能有效地指導(dǎo)全國高放廢物處置的研發(fā)工作。

4.4 統(tǒng)籌安排與分步?jīng)Q策

研發(fā)工作如果沒有統(tǒng)籌安排（如無頂層設(shè)計或性能評價指導(dǎo)大綱總體設(shè)計等）就會導(dǎo)致研發(fā)工作的一定盲目性，導(dǎo)致有些單位無序爭報申請項目，造成研究項目重復(fù)。但要完成此項工作，也并非易事，它需要各行各業(yè)熟悉高放廢物處置研發(fā)工作的專家參與。一個單位，由于業(yè)務(wù)的局限性，是難以完全勝任此項任務(wù)的?，F(xiàn)在我們的問題是，至今還沒有一個屬于國家層面上完善的頂層設(shè)計。如果有了此類設(shè)計，今后我國的五年規(guī)劃和年度計劃的安排會做得更加有序和協(xié)調(diào)，這將促使我國高放廢物處置事業(yè)更加穩(wěn)健而快速地發(fā)展。

由于人們對事物的認(rèn)知是通過不斷實踐而加深，因此，頂層設(shè)計也要隨著時間的推移而進行不斷修改和完善。

近年來，IAEA在文獻中多次強調(diào)研發(fā)工作的分步?jīng)Q策思想［6］，這是符合認(rèn)識論原理和高放廢物處置研發(fā)工作發(fā)展的客觀規(guī)律的。

分步?jīng)Q策要求研發(fā)工作要分階段進行，每個階段都要有明確的目標(biāo)、任務(wù)和具體實施方案。否則，研發(fā)階段就有可能發(fā)生錯位或交錯進行，把不該安排在這一階段的項目安排在這一階段或把該安排在這一階段的項目未安排在這一階段，這樣就會延誤整體研發(fā)工作的進展。如現(xiàn)階段應(yīng)重點突出選址工作，首先要解決處置庫選在什么地方，這樣才能為后續(xù)工作創(chuàng)造條件，打好基礎(chǔ)。

4.5 加強黏土巖地區(qū)的選址工作

目前，我國花崗巖地區(qū)的研發(fā)程度要遠高于黏土巖地區(qū)，如果黏土巖地區(qū)的研發(fā)工作至今還未加大投入力度，這勢必會影響我國選址工作的整體進程，因為場址的選定是在對比研究中完成的。

［1］European Nuclear Society.Nuclear power plants，world-wide［EB-OL］. ［2011-12-20］.http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/nuclear-powerplant-world-wide.htm.

［2］付舜彥. 東日本大地震［EB-OL］.［2011-12-18］.http://baike.baidu.com/view/5360770.

［3］Vietnam Atomic Energy Institute， Ministry of Science and Technology， Vietnam. Forsmark for Swedish nuclear waste: The world’s first permanent disposal site for used nuclear fuel will be at Forsmark， Sweden’s SKB announced today ［EB -OL］. ［2011 -12 -19］. http://vaec.gov.vn/en/TabId/684/ArticleId/2592/PreTabId/630/Default.aspx.

［4］John Anderson， Anders Strom， Christer Svemar， et al.What requirements does the KBS-3 repository make on the host rock？-Geoscientific suitability indicators and criteria for sitting and site evaluation，Technical Report TR-00-12［R］.Stockholm:SKB，2000.

［5］徐國慶.關(guān)于地下實驗室分類的討論［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)， 2010， 27（3）:170-177.

［6］IAEA（IAEA Safety Standards Series）.Geological disposal of radioactive waste， draft safety requirements， DS 154，IAEA［R］.Vienna:IAEA.2004.