◎本刊主筆 季天也

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出生前就要謀后事核電站退役“閉幕式”需要數(shù)十年？

◎本刊主筆 季天也

剛剛過去的2015年12月30日，英國服役時間最長的威爾法核電站1號機組被永久關(guān)閉了，“享年”44歲，作為英國最后一座由本國企業(yè)運營的核電站，威爾法核電站關(guān)閉的主要原因是相應的核燃料類型已停產(chǎn)。不過，運營商英國鎂諾克斯公司稱，為了確保善后的安全性，預計要到整整90年之后的2105年，才能完成全部的清理拆除善后工作。人們不禁要問，在長達近一個世紀的時間里，核電站的退役要經(jīng)歷多少程序？為什么需要如此漫長的“閉幕式”？

英國服役時間最長的威爾法核電站于2015年12月30日永久關(guān)閉，但徹底完成退役卻預計要花90年。

核電站退役要走11步

包括煤、天然氣和核能在內(nèi)的能源工廠，都有一個不能再繼續(xù)經(jīng)濟運行的年限，也就是壽命。建于20世紀五六十年代的第一代核電站，通常只有30年的設計壽命，當然也有一部分在通過安全許可后能夠多活一段時間（一般不超過10年）。到第二代核技術(shù)時期，核電站的壽命普遍提升到了40年；如今的第三代核技術(shù)則可以使核電站的壽命長達60年。由于涉及放射性安全，諸如核電站、放射性實驗室、鈾加工廠、研究性反應堆在內(nèi)的所有核設施，一旦到了歲數(shù)，都必須進行一系列妥善管理和處置工作，最終確保這塊地可以安全地另作他用，這就是核設施退役。

對于核電站來說，退役是個相當復雜、長久而且技術(shù)含量很高的活兒。首先，核電機組得關(guān)停，將反應堆中用過和待用的核燃料（前者稱為乏燃料）卸除，按照高放射性核廢物（下簡稱“高放廢物”）的國際慣例，轉(zhuǎn)移到專門的高放廢物處置庫（或臨時貯存地）進行處理。

其次，核電站內(nèi)部的儀器儀表、管道、電纜、鋼筋混凝土等建筑設施和設備部件，自然也在拆除之列，有些挨著反應堆的材料已經(jīng)沾染了放射性，也需要按照它們放射性水平和特征，分門別類地進行規(guī)整、固化等封存處理。

最后，核電站所在區(qū)域要進行“大清洗”，確保土壤、水源、空氣等環(huán)境指標不超過安全線。整個退役過程少則幾年，多則幾十年，有可能比核電站服役的“工齡”還要長。

國際原子能機構(gòu)（IAEA）官網(wǎng)介紹，核電站退役總共分為11個階段：起草退役計劃、卸出反應堆核燃料、場內(nèi)處理退役的核廢物、轉(zhuǎn)移退役的核廢物、做好安全隔離準備、局部拆除、主動隔離措施、被動隔離措施、徹底拆除、最終環(huán)境監(jiān)測（驗收）和行業(yè)許可證到期（法定意義上的退役完成），也可以大致理解成準備階段、去污階段和拆除+環(huán)境整治階段。

快拆慢拆各有利弊

目前，核設施共有3種國際公認的退役策略。

①立即拆除 就是拆掉所有廠房、設備和其他部件，并清除核污染。這種方法好在時間相對短，處理后的舊址能較快投入其他用途，避免夜長夢多的風險，如放射性廢物意外泄漏、設備材料老化腐蝕、物價上漲導致退役成本增加、設備相關(guān)資料和熟悉設施狀況的人員越來越少等等。缺點在于時間短，放射性物質(zhì)還沒怎么衰變，核輻射較強，并且要在短期內(nèi)對大量放射性水平參差不齊的核廢物分類進行處理，安全風險和處理難度都很高，需要強大的技術(shù)和財力。這種方法適合小型核電機組和其他小規(guī)模核設施，高放廢物量小，拖延時間對降低輻射作用不大。

②延緩拆除 是指移走乏燃料和剩余新燃料之后，排空管道和貯水池，等個10～80年，確保反應堆周圍安全之后再拆除。核電元老之一英國首個完成退役的是溫斯克爾實驗性機組，這個建于1958年的老機組，早在1981 年4月就被永久關(guān)閉，但它卻花了30年時間——到2011年才最終完成退役。荷蘭的多德瓦德核電機組1997年3月關(guān)停，但按計劃要在2047年才徹底完成拆除。

這種策略的優(yōu)勢是放射性原子有足夠的衰變時間來弱化輻射強度，從而降低清理難度和工作人員的受照劑量。另外，隨著時間推移，未來的科技水平也許有助于退役安全性的提高。缺點則是存在許多不確定性因素。像現(xiàn)代商用核電機組這樣的大規(guī)模核設施，比較適合這套方法。

③固封埋藏 等把乏燃料這些高放廢物移走，就要用混凝土等堅固耐久的材料把反應堆封在其中，直到輻射強度降到可以接受的水平。這招比較新，需要處理的放射性材料不多，對人員的安全性較高，但需要長期維護和監(jiān)測，主要用在邊遠地區(qū)或者小型研究性反應堆等情況。美國至少5臺機組采用了這種方法。

位于美國賓夕法尼亞州的薩克斯頓核電站正在拆除反應堆安全殼

全球年高放廢物填滿兩個泳池

核電站退役的大部分標準、法規(guī)和導則，大致相當于放射性廢物的處理過程。這些廢物遵循“高放廢物少、中低放廢物多”的規(guī)律。國際原子能機構(gòu)的資料表明，一臺功率為1000兆瓦（大致是現(xiàn)役主力核電站的平均水平）的機組，每年產(chǎn)生的高放廢物約有27噸，全球核電站一年的高放廢物量加起來，約能填滿兩個國際標準的游泳池（50米×25米×2米），遠低于其他能源形式所產(chǎn)生的廢物。不過，這些高放廢物危險性較大，需要經(jīng)過硼水池初步屏蔽和冷卻一段時間，再轉(zhuǎn)入地下500～1000米的深層地質(zhì)封存。當然，乏燃料中還包含大量寶貴的核原料，可以經(jīng)過“后處理”工序重新利用，從而節(jié)約鈾資源。

由于高放廢物的放射性占全部核廢物的95％，一旦關(guān)停了反應堆，運走用過和沒用過的核燃料，核電站中心的放射性水平就會大幅下降，排空管道和貯水池后，大部分帶有放射性的材料都呈固態(tài)，相對好對付，并且不容易進入環(huán)境，場區(qū)的放射性隨時間推移繼續(xù)穩(wěn)降。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）在其2012年的年鑒中指出，核設施退役期放射性物質(zhì)大量釋放的風險低于運行期。

相反，中、低放廢物和不需要按放射性標準處理的廢物規(guī)模龐大。同樣是1000兆瓦的機組，退役后這一部分廢物的體積規(guī)模大約有10000立方米之多。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署統(tǒng)計，不用受放射性管理限制的廢棄物占總量的2/3以上，其余近1/3為退役核電站部件、帶有放射性的混凝土廢物和大量其他構(gòu)筑物。（參見本刊2015年8月號刊登的《處理好的核廢物輻射小于X光》一文。）

德國格賴夫斯瓦爾德核電站退役的核廢物統(tǒng)計 來源：聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署

核設施退役產(chǎn)生的輻射種類及其穿透材料的能力，其中β射線和γ射線是威脅的主要來源。

建設之初就得籌劃退役

根據(jù)國際原子能機構(gòu)的數(shù)據(jù)，截至2014年底，全球永久關(guān)停的核電機組共有150臺，包括美國33臺，英國29臺，德國27臺，法國12臺，日本11臺，俄羅斯5臺，正在退役的有98臺，已經(jīng)完成退役的只有不到20臺。由于上世紀七八十年代是核電猛增時期，現(xiàn)役的438臺機組中，有194臺機組超過了30歲，52臺機組超過了40歲?？紤]到第三代核電站至少也是“90后”，這194臺中老年機組幾乎都是設計壽命40年的第二代核技術(shù)產(chǎn)物（極少數(shù)為第一代），這意味著未來10年，全球四成以上的機組可能面臨關(guān)閉甚至退役。

比起上述國家的商用機組多是“70后”“80后”，我國的核電項目起步較晚，最老的大亞灣核電站1號機組也是1994年才投入運營的，只要運轉(zhuǎn)正常，距離退役還有些時日。

當然，核電站退役可不能等船到橋頭自然直。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署指出，每一次核設施退役都會面臨特定的技術(shù)挑戰(zhàn)，而這些挑戰(zhàn)及其風險高低，取決于當年核電站的設計和建造方案，以及多年來的實際運營狀況。以當今對核電的認識，退役本是建設之初就該提上日程的問題，但早期的核設施，由于人們當時對退役和廢物管理問題的認識不足、安全標準低、經(jīng)費缺乏、技術(shù)制約等因素，核能發(fā)展普遍“只管吃進肚，不管擦屁股”，埋下了不少隱患。

尤其冷戰(zhàn)時期，以美國和蘇聯(lián)為首的一些國家大搞軍備競賽，遺留下了大批核設施和放射性污染場所。當時是以最快的速度拿出產(chǎn)品、盡早完成試驗為主，再加上軍用核項目牽扯國家利益和安全，不像商用核電站那樣需要計較成本，也不操心核廢物這些善后問題。

轉(zhuǎn)移反應堆容器是核電站退役前期的重要步驟

英國核設施退役局曾報告，部分核設施“沒有關(guān)于核廢物的詳細記錄，有些設施缺少可靠的設計圖紙，并且許多都是一次性項目”。如今，美國能源部（DOE）已經(jīng)對該國100多個核研究舊址展開核污染治理，如田納西州的橡樹嶺國家實驗室和華盛頓州的漢福特核原料生產(chǎn)基地等，預計2025年核污染清除面積將達到上千公頃。這就需要管理數(shù)百萬立方米的廢墟和受污染的土地，所投入的人力、技術(shù)和資金都相當龐大。

有了初期這些令人頭疼的教訓鋪路，如今關(guān)于核設施退役安全的要求和標準完善了許多。退役已經(jīng)作為一項需要周密計劃的大工程，從選址開始，核電站的設計、建造和運行都要顧及退役時的便利性、經(jīng)濟性和安全性。國際原子能機構(gòu)還規(guī)定，隨著核設施不同時期的變化，退役方案要定期更新，至少要在計劃關(guān)停機組提前兩年擬定詳細的退役方案。

退役耗巨資 要提前存好錢

核電站退役離不開錢。這筆開支的大小主要與反應堆的類型、尺寸、位置、距離廢棄物處理設施的距離以及原址未來的用途有關(guān)。世界核協(xié)會（WNA）官網(wǎng)有一組不同類型反應堆的退役成本，如果統(tǒng)一按1000兆瓦的裝機容量來算，壓水型反應堆（PWR）退役成本為2～5億美元，俄羅斯水-水高能反應堆（VVER）約為3.3億美元，沸水型反應堆（BWR）為3～5.5億美元，加拿大重水反應堆（CANDU）為2.7～4.3億美元，英國早期的鎂諾克斯反應堆（Magnox）由于會帶來更大量的放射性物質(zhì)，成本高達26億美元。這樣的退役成本在整個機組運行費用中占比不小。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的資料顯示，核電規(guī)模最大的美國，每臺機組退役的平均花費在5億美元，差不多是初始投資成本的10％～15％。

因此，這就需要建立有效的退役經(jīng)費籌措機制，確保退役實施的時候有錢可用。大多數(shù)有核電的國家一般以法律形式，規(guī)定退役費用的籌措機制及其使用方法。大致有3個套路：在核電站啟用之前就把預計需要的退役資金提前存入一個獨立賬戶；從用戶繳納的電費中提取一定比例，通過核電站幾十年的運營逐步攢出足夠的退役經(jīng)費；核電企業(yè)購買一定額度的類似保險的擔?；?，確保就算以后企業(yè)破產(chǎn)了也有錢來負擔退役支出。

德國卡爾斯魯厄的原型反應堆外層建筑材料正在拆解中

這些退役經(jīng)費的管理很像住房公積金，不能想提就提，并有法律和制度做后盾，專款專用，防止“老弱病殘”的核電站因為沒錢退役而威脅周邊環(huán)境和人身健康。

我國2003年頒布實施的《中華人民共和國放射性污染防治法》，就以法律形式規(guī)定了“核設施的退役費用和放射性廢物處置費用應當預提，列入投資概算或者生產(chǎn)成本”（第二十七條）。

核電不再“顧頭不顧腚”

核廢物作為一種特殊的垃圾，現(xiàn)階段處理起來有一個逃不開的難題——放射性原子的半衰期。每過一個半衰期，原子的放射性就減半一次。不同原子的半衰期差別很大，從幾秒到千百年的都有，這是固有屬性，基本只能通過耗時間的方式讓它的放射性自然下降。不過，以人為方式用中子轟擊那些放射性原子，也可以逼迫其更快衰變，這就是“人工核嬗變”。使出這一招，能讓長半衰期原子在短時間內(nèi)變成短半衰期原子，甚至變成無放射性的穩(wěn)定原子，從而大大縮短處理周期并降低安全風險。

不過很遺憾，這項技術(shù)還在研究的路上，一旦推廣將是整個核廢物處理領域的巨大福音，對于核廢物減量化意義非凡。

比起核電的經(jīng)濟性和安全性，核設施退役及核廢物處置是個更令行業(yè)皺眉的問題。清華大學從事核能教學研究的老師劉學剛，用“核廢物問題復雜”“核廢物問題沒有徹底解決”“熟悉核廢物問題的專家不多”的三句話，來歸納這一領域的現(xiàn)狀。

可喜的是，各核電國家對核設施退役已經(jīng)高度重視，核電的發(fā)展已經(jīng)告別了“顧頭不顧腚”的年代。從以往退役活動的經(jīng)驗教訓以及發(fā)達國家成功的退役案例來看，核電站是可以安全退役的，最終實現(xiàn)廠址無限制使用，在技術(shù)上也是完全可行的。

本欄目責編/季天也jtyair2013@vip.163.com

國際原子能機構(gòu)對放射性廢物的分類

帶有放射性的核設施部件和構(gòu)筑物被臨時封裝和儲存

為了防止?jié)B透污染，放射性廢液必須先經(jīng)過固化措施才能進一步處理。圖為裝有中等強度輻射的廢液桶縱切面，此時的廢液已經(jīng)在混凝土層和桶壁的長期包裹下固化。