宋英明，鄒樹梁，周劍良，馬志強(qiáng)，張淮超

（南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，衡陽 421001）

世界各國核電廠退役的現(xiàn)狀、經(jīng)驗(yàn)做法及面臨的困難和挑戰(zhàn)

宋英明，鄒樹梁，周劍良，馬志強(qiáng)，張淮超

（南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，衡陽 421001）

隨著核電成為我國能源多元化策略的重要組成部分，核電廠退役的重要性不言自明。雖然我國目前運(yùn)行的核反應(yīng)堆并不多，距離大量核電廠正常退役的時(shí)間尚早，但是隨著核電發(fā)展，將來不可避免地要面臨大規(guī)模的退役問題。本文在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上分析了國際上核電廠退役有關(guān)過程、目標(biāo)、監(jiān)管、公眾的接受能力、費(fèi)用、廢物等方面的經(jīng)驗(yàn)做法及面臨的困難和挑戰(zhàn)。

核電廠；退役；輻射安全

未來十年內(nèi)，全世界范圍內(nèi)將會(huì)有80余座民用核反應(yīng)堆面臨關(guān)閉。盡管其中某些會(huì)延壽，但最終還是會(huì)退役。

盡管多年來在核電發(fā)達(dá)國家有多座民用核反應(yīng)堆陸續(xù)安全退役，但仍然有必要提出疑問：退役有多安全？像德國那樣計(jì)劃關(guān)閉全國所有的反應(yīng)堆又會(huì)帶來怎樣的影響呢？對(duì)于日益增長的待退役的核電廠，各國有沒有必要掌握專業(yè)技術(shù)和建設(shè)相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施呢？退役又需要多大的花費(fèi)呢？本文針對(duì)國際上核電廠退役的目標(biāo)、公眾接受能力、放射性廢物分類與處理、經(jīng)費(fèi)預(yù)算、過程監(jiān)管等方面的經(jīng)驗(yàn)做法和挑戰(zhàn)進(jìn)行了調(diào)研分析，以期對(duì)我國核電廠的退役工作有所幫助。

1 退役目標(biāo)

退役是指在壽期末對(duì)不同類型的核設(shè)施和廠址的安全管理。退役需要處理的民用核設(shè)施包括：核電廠、核燃料加工設(shè)施、實(shí)驗(yàn)堆、鈾濃縮工廠、放射實(shí)驗(yàn)室、鈾地質(zhì)和鈾礦冶設(shè)施等。當(dāng)然，核動(dòng)力潛艇、核動(dòng)力船（包括核動(dòng)力航母和核動(dòng)力破冰船）等軍用核設(shè)施也需要退役，但民用核反應(yīng)堆是未來退役增長最大的領(lǐng)域［1］。

對(duì)于核電廠的退役，關(guān)閉核反應(yīng)堆只是退役的一部分，退役工作從移除高放乏燃料開始，以清理所有設(shè)施或廠址包括受污染的土壤和地下水結(jié)束［2］。退役包括拆除建筑物和其他結(jié)構(gòu)以及堆芯周圍具有放射性的部分，也包括為了能夠安全地存放和清理現(xiàn)場的建筑材料（主要是鋼筋混凝土）而進(jìn)行的處理、包裝和運(yùn)輸。每次退役都面臨特別的技術(shù)挑戰(zhàn)和對(duì)人類、環(huán)境帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

退役的安全目標(biāo)是要保證公眾的安全和環(huán)境不被污染，尤其要控制核電廠關(guān)閉后和退役過程中可能存在的放射性潛在危險(xiǎn)，并且減少其對(duì)未來造成的負(fù)擔(dān)，負(fù)擔(dān)包括退役過程中潛在的輻射危險(xiǎn)、設(shè)施監(jiān)督和環(huán)境管理。這意味著退役過程中必須遵循國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）、國際輻射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）等機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法律法規(guī)［1］。

在退役過程中，必須嚴(yán)加控制在進(jìn)行核設(shè)施去污、切割、拆除、處理等工作時(shí)輻射對(duì)工作人員、公眾、環(huán)境造成的危害。此外，在退役過程中所產(chǎn)生的放射性廢物的量應(yīng)在滿足安全標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)可接受的前提下保持在盡可能低的水平。退役計(jì)劃的制定、退役方法的選擇應(yīng)當(dāng)以最優(yōu)化分析為基礎(chǔ)，力求以最小的代價(jià)、最少的花費(fèi)達(dá)到最好的退役效果。

2 核電廠退役現(xiàn)狀及趨勢(shì)

截止2012年底，全世界分屬19個(gè)國家核電廠的138座反應(yīng)堆已經(jīng)關(guān)閉，其中美國28座，英國27座，德國27座，法國12座，日本9座，俄羅斯5座［3］。目前完成退役的只有17座。退役是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要經(jīng)歷很多年。例如英國在2011年首次成功退役了位于塞拉菲爾德（Sellafield）的一座反應(yīng)堆，該堆已于1981年關(guān)閉［4］。

預(yù)計(jì)全世界已關(guān)閉但還沒有退役的核反應(yīng)堆數(shù)量會(huì)有所增加，待退役的軍用堆和實(shí)驗(yàn)堆的數(shù)量也很可觀。通常民用堆的設(shè)計(jì)壽命是30～40年，這類堆中有138座運(yùn)行超過了30年，24座超過了40年。目前正在運(yùn)行的民用核反應(yīng)堆的平均年齡為27年左右［3，5］。很多民用反應(yīng)堆在到達(dá)設(shè)計(jì)壽期后也會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。盡管一些反應(yīng)堆已獲取延長60年甚至80年的運(yùn)行許可證，但所有的反應(yīng)堆總有一天會(huì)面臨退役，屆時(shí)產(chǎn)生的放射性廢物需要安全地清除和管理［6，7］。

3 核電廠退役面臨的挑戰(zhàn)

一些國家隨著核電廠的加速關(guān)閉和退役，縮短整個(gè)計(jì)劃和減少成本的壓力在不斷增加；另外很多國家缺少或沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，廢物處理能力不足。經(jīng)驗(yàn)有助于發(fā)展相關(guān)技術(shù)、減少成本；此外如果沒有適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管，隨著退役工作的進(jìn)行，放射性污染物向環(huán)境和人群釋放的危險(xiǎn)就會(huì)增加。

核電廠退役中產(chǎn)生的大部分廢物是放射性不受限制廢物，以德國格賴夫斯瓦爾德核電廠為例，退役過程中的放射性不受限制廢物約占70%，如圖1所示。

圖1 某核電廠退役中產(chǎn)生的總廢物量Fig.1 The totalamountofwaste generated in thenuclear power p lant decomm issioning

退役過程中一個(gè)至關(guān)重要的部分是要把放射性和非放射性材料分離，根據(jù)材料的放射性的污染程度采取不同的處置方式，從而盡可能降低廢物數(shù)量，同時(shí)使鋼、鋁以及塊石混凝土的回收率最大化，以便重新使用。一些材料需要在現(xiàn)場拆除、去污。拆除過程中為了保證工人的安全使得退役工作更加困難。例如，運(yùn)輸放射性液體的鋼管周圍包裹著大量沒有放射性的混凝土，拆除時(shí)，要么將受到污染的鋼管分開移除，要么將其隔離開來［8］，這使得退役工作更加復(fù)雜。

4 公眾對(duì)核電廠退役工作的接受能力

公眾的接受能力對(duì)核能未來的發(fā)展是至關(guān)重要的，民眾的接受能力和技術(shù)一樣是決定性因素。盡管退役能恢復(fù)被破壞的土地并使之可以重新利用，但仍可能會(huì)遭到周圍民眾的反對(duì)［9］。

雖然業(yè)內(nèi)人士能夠欣然接受，但一些決策者還是害怕公眾的反對(duì)。英國核退役局就采取了更多開放性的方法向公眾宣傳，事實(shí)證明是成功的［10］。在美國，主持梅溪（Plum Brook）實(shí)驗(yàn)堆退役工作的美國國家航空和宇宙航行局（National Aeronautics and Space Adm inistration，簡稱NASA）通過在社區(qū)工作站、網(wǎng)頁、視頻進(jìn)行宣講以及邀請(qǐng)媒體參觀反應(yīng)堆并在公眾開放日回答公眾對(duì)退役項(xiàng)目關(guān)心的問題，使得退役工作在當(dāng)?shù)孬@得了支持［11］。2000年，美國核管會(huì)創(chuàng)立了利益相關(guān)者信心論壇（Forum Stakeholder Confidence，簡稱FSC），旨在分享放射性廢物處置設(shè)施的相關(guān)處理經(jīng)驗(yàn)。這種創(chuàng)新的方式維持了與民眾間的建設(shè)性對(duì)話，使得中央、地區(qū)政府在決策過程中增強(qiáng)了信心［12］。

小學(xué)數(shù)學(xué)教育信息化是新時(shí)代教育的必然選擇。當(dāng)下，部分教師素質(zhì)較低，與學(xué)生溝通能力較差，對(duì)于小學(xué)數(shù)學(xué)教育信息化的理念和方法，并沒有較好地理解，以至于在教育的效率和質(zhì)量上，都沒有獲得良好的提升，最終產(chǎn)生的教育問題較為顯著。此種情況下，小學(xué)數(shù)學(xué)教育信息化的策略部署，必須按照科學(xué)、合理的模式來進(jìn)行，對(duì)于多方面的問題和不足進(jìn)行積極的彌補(bǔ)，促使未來的教育工作水平能夠獲得更好的提升和進(jìn)步。

5 退役經(jīng)費(fèi)預(yù)算

退役的花費(fèi)非常高，其費(fèi)用取決于堆型、位置、廢物處理設(shè)備的有效性、未來廠址的用途以及退役時(shí)反應(yīng)堆和廠址的條件。以某典型壓水堆核電廠為例，退役成本主要包括低水平放射性廢物處理、勞動(dòng)力、能耗等，其所占比例如圖2所示。雖然退役費(fèi)用的估算方法已經(jīng)改進(jìn)，但是根據(jù)非常少量的已報(bào)道的數(shù)據(jù)來看，花費(fèi)是非常大的［13］。

圖2 某典型壓水堆核電廠退役成本構(gòu)成Fig.2 The com position of the decommissioning costs for a typical PWR nuclear power plant

退役的花費(fèi)在核電廠運(yùn)行費(fèi)用中所占比重很大，但卻只占其運(yùn)行超過40年總收入的很少一部分，某典型壓水堆核電廠退役過程中的各項(xiàng)費(fèi)用如圖3所示。在美國，一座核電廠退役的花費(fèi)大約5億美元，占其建造費(fèi)用的10%～15%［1］。法國預(yù)計(jì)布雷尼力（Brennilis） 核電廠（從1967年運(yùn)行到1985年）的退役費(fèi)用占其建造費(fèi)用的59%，但在2001～2008年中，預(yù)計(jì)花費(fèi)上漲了26%，接近5億法郎，相當(dāng)于最初預(yù)算的20倍［14］。在英國，政府對(duì)退役工作的財(cái)政撥款從1970年的200萬英鎊增加到了1990年的95億英鎊，2001年又漲到了573億英鎊［15］。很明顯，退役的實(shí)際花費(fèi)有時(shí)比預(yù)算多得多。隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，這種不確定性會(huì)降低，花費(fèi)也會(huì)下降。

圖3 核電廠退役過程的相關(guān)費(fèi)用Fig.3 The related fees of nuclear power p lant decomm ission ing process

很多國家按照“誰污染，誰治理”的原則，將退役資金留給核電廠的業(yè)主來出。然而政府有責(zé)任確保核電廠運(yùn)行時(shí)得到充足的收入來支付昂貴的甚至不可估計(jì)的費(fèi)用。而且資金還可能受到財(cái)政危機(jī)的影響。因?yàn)橥顿Y不會(huì)達(dá)到預(yù)期回報(bào)，所以無論如何政府都傾向于做最后一個(gè)資金提供者［16］。

6 放射性廢物處理

核電廠運(yùn)行過程中，反應(yīng)堆中產(chǎn)生的放射性核素的半衰期從數(shù)秒到數(shù)百萬年不等。產(chǎn)生的放射性廢物必須安全處理。對(duì)于放射性廢物的儲(chǔ)存和處理，按其放射性活度高低和核素半衰期長短分為4種類型：極低放射性廢物、低放射性廢物、中放射性廢物和高放射性廢物［17］，見表1。

核電廠退役過程中產(chǎn)生的大量廢物是極低放和低放廢物，主要由拆除的核電廠廢物、作為放射性廢物的混凝土和剩余結(jié)構(gòu)材料等構(gòu)成，如圖4所示。退役產(chǎn)生的高放廢物主要是反應(yīng)堆壓力容器。因?yàn)榉磻?yīng)堆所產(chǎn)生的放射性同位素大多數(shù)具有較短的半衰期，所以在初期放射性廢物的輻射水平會(huì)快速降低。到50年后，大多數(shù)退役廢物的輻射水平只占初期的很小一部分。

在核電廠退役和處理廢物時(shí)，人員受到的輻射幾乎都來自β和γ射線，退役帶來的危險(xiǎn)幾乎都與暴露在這兩種射線中有關(guān)。圖5給出了核電廠退役拆除活動(dòng)中人員所受劑量來源分布。因?yàn)橥艘圻^程中大部分廢物都是固體，所以在拆除過程中只有當(dāng)放射性塵埃釋放在環(huán)境中時(shí)，才會(huì)對(duì)公眾產(chǎn)生影響。

表1 IAEA放射性廢物分類及其處置方法Table 1 Radioactivewaste classification and itsdisposalmethodsaccording to IAEA

圖4 核電廠退役中產(chǎn)生的放射性廢物構(gòu)成Fig.4 Radioactivewastegenerated in nuclear power p lan t decomm issioning

圖5 核電廠退役拆除活動(dòng)中人員所受劑量分布Fig.5 Distribution of theworker dose in nuclear power plant dismantling activities

從運(yùn)行反應(yīng)堆中移除的乏燃料大部分會(huì)由高放射性物質(zhì)變成高放射性廢料。一座典型的1 000MW的反應(yīng)堆每年會(huì)產(chǎn)生高放廢物27 t。每年世界所有反應(yīng)堆產(chǎn)生的乏燃料數(shù)量僅僅能裝滿兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)奧運(yùn)會(huì)游泳池。盡管體積相對(duì)較小，但高放廢物的放射性卻占核工業(yè)放射性廢物的95%［17］。

表2所示為目前全世界核電廠退役過程中產(chǎn)生的放射性廢物的處理量，其中低、中放短壽命核素廢物處理了90%；低、中放長壽命核素廢物只有7%已經(jīng)處理，剩下的93%正在貯存或等待安全處理；99%的高放廢物沒有處理。很多國家建立了放射性廢物管理機(jī)構(gòu)，但要使這些機(jī)構(gòu)有能力處理未來退役過程中出現(xiàn)的廢物還有很長一段路要走［18］。

表2 全世界核電廠退役產(chǎn)生的放射性廢物處理量Table2 Treatmentamountof radioactivewaste generated in nuclear power p lant decomm issioning in thewor ld

7 結(jié)論

核電廠退役不僅僅是簡單的拆除，它是對(duì)整個(gè)被污染的核設(shè)施，包括反應(yīng)堆安全殼、蒸汽發(fā)生器、管道和主泵包括由數(shù)千米長管道組成的輔助系統(tǒng)、大量建筑材料等，進(jìn)行系統(tǒng)的拆除。這種拆除需要考慮時(shí)間和資金、細(xì)致的計(jì)劃和精確執(zhí)行，最終使環(huán)境恢復(fù)到與初建核設(shè)施時(shí)相同的程度，此外也需要相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和規(guī)范控制作為保障。

我國在制定初步退役規(guī)定時(shí)，在設(shè)計(jì)、選址和申請(qǐng)建造許可證時(shí)就要求相關(guān)單位將退役因素考慮在內(nèi)，并根據(jù)核電廠設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行修改，通過這些強(qiáng)制的措施，可以有效地提前做好退役準(zhǔn)備，并將大大減少退役時(shí)不必要的花費(fèi)，提高工作效率，減少退役過程中的突發(fā)事故，從而達(dá)到保護(hù)民眾、保護(hù)環(huán)境的目的。

核電廠退役過程涉及到的一些技術(shù)問題也需要提前考慮，例如，增加遠(yuǎn)程控制和機(jī)器人的應(yīng)用可減少工作人員受照射的危險(xiǎn)，發(fā)展輻射防護(hù)的相關(guān)技術(shù)可以最大限度地保護(hù)相關(guān)人員。還需要特別關(guān)注的是退役過程產(chǎn)生的大量放射性廢物，除了堆內(nèi)構(gòu)件和乏燃料等極高放廢物，還會(huì)產(chǎn)生大量中低放廢物，例如鋼筋混凝土。核廢料處理廠可以處理及循環(huán)利用高放廢物，但如何處理數(shù)量體積龐大的中低放廢物就成了亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。未來十至二十年內(nèi)，是我國開展核電廠退役工作的重要階段，只有提前做好準(zhǔn)備，考慮可能遇到的困難并研究相關(guān)對(duì)策、培養(yǎng)相關(guān)人才、發(fā)展相關(guān)技術(shù)，才能消除退役工作帶來的隱患，從而使我國核工業(yè)得到全面良好的發(fā)展、核能利用得到充分的安全保障。

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TheStatus，Experience，Difficultiesand Challengesof the Decomm issioning of Nuclear Power Plant in theW orld

SONGYingm ing，ZOUShuliang，ZHOU Jianliang，MA Zhiqiang，ZHANGHuaichao
（SchoolofNuclearScienceand Technology，UniversityofSouth China，Hengyang421001，China）

Asnuclearpower isan importantpartofenergy diversification strategy inourcountry，the importanceof thenuclear power plantdecomm issioning isself-evident.A lthough thenumber ofoperating nuclear reactors isnotmuch in China，and it is still early from normal decomm issioning time for a large number of nuclear power plants，with the development of nuclear power in the future large-scale decommissioning problems of nuclear reactorswillbe faced inevitably.In baseof literature research the process，objectives，regulation，thepublic receptivity，cost，waste disposal，facing difficultiesand challenges，aswellasother practiceexperience for thenuclearpower plantdecomm issioning areanalyzed，

nuclearpowerplant；decomm issioning；radiation safety

TL943

：B

：1672-5360（2015）04-0036-06

2015-06-20

2015-07-15

湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目基金，項(xiàng)目編號(hào)14A 120；國家教育部博士點(diǎn)基金，項(xiàng)目編號(hào)2013432412003

宋英明（1980—），男，山東夏津人，南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授，工學(xué)博士，碩士生導(dǎo)師，現(xiàn)主要從事核設(shè)施退役

與輻射安全方面的工作