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放射性废物

放射性物质的生产、加工、使用过程中产生的不再需要的并具有放射性的物质。

来源

放射性废物的来源大致可分为四类:

核燃料生产过程

主要包括铀矿开采、冶炼和燃料元件加工等。铀矿开采和冶炼过程产生的废物主要有废矿石、废矿渣、尾矿等固体废物,矿坑水、湿法作业中产生的工艺废水等液体废物,以及由氡和钋的放射性气溶胶、粉尘等组成的气体废物。这类废物主含有铀、钍、氡、镭、钋等天然放射性物质,比活度较低,产生的数量大。铀回收和燃料元件加工过程产生的废物主要是含铀废液。

反应堆运行过程

反应堆中生成的大量裂变产物,一般情况下保留在燃料元件包壳内,当发生元件包壳破损事故时,会有少量裂变产物泄漏到冷却循环水中。反应堆冷却循环水中的杂质(循环系统腐蚀产物)受中子照射后也会形成放射性的活化产物,冷却循环水也就具有放射性。

核燃料后处理过程

大量裂变产物是核燃料后处理过程的主要废物。在燃料元件切割和溶解时有部分气体裂变产物(氪85、碘129等)从燃料元件中释放出来,进入废气系统。99%以上的裂变产物都留在燃料溶解液里。当进行化学分离时,则集中在第一萃取循环过程(见普雷克斯流程)的酸性废液中。这部分废液的比活度很高,释热量大,是放射性废物管理的重点。此外还有第二、三萃取循环过程产生的废液、工艺冷却水、洗涤水等。这部分废液体积大,但比活度较低。

其他来源

核工业部门退役的核设施,核武器生产和试验以及其他使用放射性物质的部门如医院、学校、科研单位、工厂等产生的各种废物。这些废物种类不少,形式多样。

分类

放射性废物按物理形态可分为固体、液体、气体三种;按比活度(或放射性浓度)又可分为不同等级。较普遍的分类法是按比活度分为高水平、中水平和低水平放射性废物(简称高放、中放、低放废物),或分为高水平和中低水平废物。1970年国际原子能机构推荐了放射性废物分类标准(见表)。

图

此外,对含有特殊核素的废物如超铀废物(α废物)、含氚废物以及有机废液等,因处理方法不同,一般应单独分类收集。

特征

放射性废物尽管有各种各样,但却具有一些共同特征:

含有放射性物质

它们的放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除,只能靠放射性核素自身的衰变而减少。

射线危害

放射性核素释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。

热能释放

放射性核素通过衰变放出能量,当废液中放射性核素含量较高时,这种能量的释放会导致废液的温度不断上升甚至自行沸腾。

管理

放射性废物管理的基本原则是:

(1)改革不合理的工艺操作,防止不必要的污染并开展废物的回收利用(见放射性废物利用);

(2)对已产生的废物分类收集,分别贮存、处理,处理方法要求安全、经济、净化效率高和简单易行;

(3)尽量减小容积以节省运输、贮存和处理费用;

(4)向环境稀释排放时要按照“合理、可行、尽量低”的原则严格控制;

(5)以稳定的固化体形式贮存,以减少放射性核素迁移扩散(见放射性废物固化);

(6)废物的最终处置必须做到同生物圈有效地隔离。

处理

放射性废物处理的基本方法是:稀释分散、浓缩贮存以及回收利用。放射性废液浓缩后贮存只是暂时性措施,存在着不安全因素,必须将放射性废液或浓缩物转化成为稳定的固化体,才能安全地转运、贮存和处置。

处置

包括对放射性排出物的控制处置(稀释处置)和废物的最终处置。放射性排出物(液体、气体)向环境中稀释排放时必须控制在正式规定的排放标准以下。放射性废物最终处置意味着不再需要人工管理,不考虑将废物再回取的可能。因此,为防止放射性废物对自然环境和人类的危害,须将它与生物圈很好地隔离。最终处置的主要对象是高放废物和超铀废物。

研究和展望

高放废物和超铀废物的最终处置是放射性废物管理科学研究的重点。从50年代到80年代,国际上提出过许多方案:如在地下数百米或更深的地层建造最终处置库的深地层处置;投放到数千米深海底的深海床处置;南极冰层处置;用火箭将废物送到地球引力以外的宇宙处置;通过核反应使长寿命核素转变为短寿命或稳定核素的嬗变处置等,其中深地层处置方案的研究工作进行得最多。

参考书目
    R. D. Lipschulz, Radioactive Waste: Policies,Technology and Risk, Ballinger pub., Cambridge,1980.《核工业污染及其防治》编译组编:《核工业污染及其防治》,原子能出版社,北京,1978。