放射性廢物通常被認(rèn)為是核能發(fā)展的致命弱點(diǎn)，但一種新的核廢物管理整體方法的出現(xiàn)，可以順利解決這種問題。

1、從全球角度看核廢物管理

為了限制化石燃料的使用，核電的快速擴(kuò)張至關(guān)重要——不僅在擁有核基礎(chǔ)設(shè)施的國(guó)家，而且在“無核”發(fā)達(dá)國(guó)家，甚至是技術(shù)資源有限的發(fā)展中國(guó)家。

盡管SMR等開發(fā)項(xiàng)目可能會(huì)提供大量選擇，這些裝置可以作為供應(yīng)商運(yùn)營(yíng)的設(shè)施交付，但后端廢物管理通常被視為潛在的發(fā)展障礙——沒有任何實(shí)際理由。

盡管如此，鑒于應(yīng)對(duì)氣候變化的迫切需要，這可能是從全球角度重新評(píng)估廢物管理的一個(gè)好時(shí)機(jī)。

盡管反對(duì)者經(jīng)常將放射性廢物視為核能的致命弱點(diǎn)，但從技術(shù)角度上來看是不正確的。

事實(shí)上，這種能源的一個(gè)積極方面是廢物量小，可以嚴(yán)格管理。反對(duì)者過去曾強(qiáng)調(diào)，在處理高放射性廢物方面存在拖延，但沒有注意到其他核廢物處理方面的進(jìn)展。

世界各地有許多地表/近地表設(shè)施，甚至美國(guó)新墨西哥州也有軍用超鈾廢物（TRU）處置場(chǎng)。

此外，為了便于廢物處理，允許通過衰變冷卻的臨時(shí)儲(chǔ)存，意味著只有在未來幾十年才需要此類地表儲(chǔ)存庫。

在這種情況下，芬蘭和瑞典已經(jīng)獲得了施工許可證，法國(guó)和瑞士等國(guó)也將很快獲得施工許可證。

如果存儲(chǔ)庫選址計(jì)劃被打亂，例如在英國(guó)、德國(guó)或美國(guó)，這通?？梢詺w因于缺乏政治承諾和尼姆托（NIMTOO）效應(yīng)——“不在我的任期內(nèi)”，而不是任何基本的技術(shù)問題，甚至是當(dāng)?shù)氐摹安辉谖液笤骸保∟IMBY）反對(duì)。

大量研究表明，在廣泛的地質(zhì)環(huán)境中，地質(zhì)處置更多放射性有毒廢物是可行的。

這種方法達(dá)到了低得離譜的安全目標(biāo)，比自然背景水平低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，評(píng)估時(shí)間跨度極長(zhǎng)，長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年甚至數(shù)百萬年。如下圖。

處理玻璃化高放廢物計(jì)算的典型輻射劑量（www.numo.or.jp）

這與其他化學(xué)毒性廢物形成了鮮明對(duì)比，這些廢物的釋放限值高于背景值幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并且僅在數(shù)百年或更短的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行評(píng)估。

處理TRU計(jì)算的典型輻射劑量（見www.numo.or.jp）

盡管這種方法沒有像放射性廢物那樣衰變的可能性，但這些廢物將一直存在。

事實(shí)上，全球氣候變化威脅可直接歸因于化石燃料行業(yè)缺乏適當(dāng)?shù)膹U物管理。

此外，根據(jù)《與自然和平共處：應(yīng)對(duì)氣候、生物多樣性和污染緊急情況的科學(xué)藍(lán)圖》報(bào)告，廢物污染現(xiàn)在已被聯(lián)合國(guó)確定為全球關(guān)注的問題，與氣候變化和多樣性喪失一樣。因此，也應(yīng)從這一角度看待為放射性廢物制定的良好做法。

2、需要改變觀念

地下核廢物儲(chǔ)存庫可發(fā)揮多種廢物處置功能。

雖然這在早期不是一個(gè)問題，但近幾十年來，人們一直認(rèn)為，受益于核電的國(guó)家，應(yīng)負(fù)責(zé)安全管理產(chǎn)生的核廢料。

這通常被視為一個(gè)道德問題——但與其他廢物形成鮮明對(duì)比，因?yàn)檫@些廢物大量出口到其他通常較不發(fā)達(dá)的國(guó)家。

這也不符合鈾礦開采產(chǎn)生的廢物與核燃料循環(huán)中的所有其他放射性廢物脫鉤的事實(shí)——廢物由礦石生產(chǎn)商而不是最終的核燃料使用者負(fù)責(zé)。

此外，盡管某些行業(yè)（特別是石油和天然氣）產(chǎn)生大量放射性物質(zhì)，其放射性毒性相當(dāng)于某些高放射性中間水平廢物（ILW），但它也與天然放射性物質(zhì)的處理（NORM）不兼容。

在更高級(jí)的程序中開發(fā)的許多存儲(chǔ)庫概念設(shè)計(jì)過度，它們通常是專門為有限庫存而建造的結(jié)構(gòu)，挖掘在地下深處，其特點(diǎn)是高性能的工程屏障。

盡管涉及的廢物量很小，但此類設(shè)施往往占地面積很大，達(dá)數(shù)平方公里，并使用大量材料。這些材料通常具有內(nèi)在價(jià)值，例如銅，或難以使用，需要遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，如膨潤(rùn)土。

顯然，這些概念是在可持續(xù)性和碳足跡等問題被確定為關(guān)注點(diǎn)之前制定的，因此從環(huán)境影響角度來看表現(xiàn)不佳。

此外，儲(chǔ)存庫實(shí)施者最初只負(fù)責(zé)放射性廢物的處置，在某些情況下只負(fù)責(zé)特定廢物類別。

因此，沒有考慮放射性廢物和其他危險(xiǎn)材料的共同處置。到目前為止，整體廢物管理的潛力幾乎沒有得到考慮。

高活性廢物的儲(chǔ)存庫可以很容易地接收更多類型的廢物，只需相對(duì)較小的修改。

當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)此選項(xiàng)，在最終確定存儲(chǔ)庫項(xiàng)目之前需要仔細(xì)考慮，或者更好的是在啟動(dòng)存儲(chǔ)庫項(xiàng)目前考慮這一問題。

由于許多已經(jīng)接近實(shí)施儲(chǔ)存庫的國(guó)家也可能是其他較不發(fā)達(dá)國(guó)家的SMR供應(yīng)商，因此，如果它們同時(shí)承擔(dān)所有由此產(chǎn)生的退役和廢物處理的責(zé)任，考慮這一問題也是有必要且明智的。

在過去，這一選擇一直是政治上的燙手山芋，因?yàn)榉磳?duì)者向公眾展示了這一點(diǎn)，一個(gè)國(guó)家純粹出于商業(yè)原因被用作全球核垃圾箱。

然而，如果將其重新表述為減少二氧化碳排放的承諾，并與碳信用的公平分配掛鉤，這可能會(huì)更容易接受。在這方面，良好和明確的公共溝通將是關(guān)鍵。

3、整體廢物管理方法

瑞典建造首座核廢料儲(chǔ)存庫

如果主要核國(guó)家無法找到接受外國(guó)廢物的政治途徑，另一個(gè)選擇是讓較小的國(guó)家專注于區(qū)域共享設(shè)施——正如歐洲一些較小的核項(xiàng)目已經(jīng)提出的那樣。

這不僅是一種成本效益高的方法，而且從環(huán)境和可持續(xù)性角度來看也是非常合理的。

在這方面，最大的挑戰(zhàn)是找到一個(gè)區(qū)域儲(chǔ)存庫的東道主，但同樣，如果重點(diǎn)放在碳信用而不是商業(yè)方面，那幺，對(duì)于中國(guó)等可能難以實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的國(guó)家來說，建立區(qū)域儲(chǔ)存庫可能是一個(gè)受歡迎的選擇。

即使沒有區(qū)域儲(chǔ)存庫選項(xiàng)，如果以整體方式考慮廢物管理，本地解決方案也可能是可行的。

盡管大多數(shù)儲(chǔ)存庫實(shí)施者認(rèn)為這是一種詛咒，但對(duì)所有有問題的廢物進(jìn)行地質(zhì)處置有很好的技術(shù)依據(jù)，共享設(shè)施將大大提高相對(duì)較小的放射性廢物庫存管理的實(shí)用性（和成本）。

在這方面，如果國(guó)際組織能提供更為務(wù)實(shí)的指導(dǎo)方針，而不是有助于促進(jìn)設(shè)計(jì)過度的盡可能低的合理可行（ALARA）方法，這將有所幫助。

合理化設(shè)計(jì)的一個(gè)根本問題來自于制度慣性和一個(gè)共同的假設(shè)，即研究了幾十年的選項(xiàng)必須是最優(yōu)解決方案。

這是沉沒成本謬論的一個(gè)版本。例如，KBS-3V概念是在20世紀(jì)80年代早期為處理斯堪的納維亞結(jié)晶巖中的乏燃料而開發(fā)的，它仍然被視為在不同地質(zhì)環(huán)境中處理高活性廢物的一種黃金標(biāo)準(zhǔn)。

在開發(fā)時(shí)，采用了極高性能的工程屏障，以覆蓋地質(zhì)環(huán)境理解中的不確定性，同時(shí)沒有考慮高質(zhì)量水平的實(shí)際實(shí)施，也沒有討論可持續(xù)性或環(huán)境影響（EIs）。

雖然瑞典和芬蘭可能實(shí)際實(shí)施了這種垂直孔內(nèi)安置概念稍加修改的版本，但這對(duì)于其他國(guó)家方案中的邊界條件可能沒有任何意義。

僅考慮到廢物容器所需的銅質(zhì)量，對(duì)于第一個(gè)儲(chǔ)存庫的參考，日本高放廢物（HLW），僅此材料的成本就為≈8億美元（相比之下≈400萬美元的鋼鐵價(jià)格），而不增加任何性能方面的好處。

此外，構(gòu)造和密封銅罐需要先進(jìn)的技術(shù)，如攪拌摩擦焊接，這進(jìn)一步增加了成本和相關(guān)EIs。

4、對(duì)傳統(tǒng)處置的反思

不斷演變的存儲(chǔ)庫概念

從質(zhì)疑“傳統(tǒng)”處置方案的出發(fā)點(diǎn)出發(fā)，利用當(dāng)前關(guān)于深層地質(zhì)條件、工程和材料技術(shù)，以及安全評(píng)估方法的知識(shí)庫，可以探索廣泛的處置概念。

這些概念中的每一個(gè)都允許對(duì)特定邊界條件進(jìn)行廣泛優(yōu)化。如上圖。

對(duì)于專門建造的儲(chǔ)存庫，更多地考慮地質(zhì)屏障，會(huì)傾向于隧道內(nèi)安置方案，用鋼代替銅作為罐材料，并且當(dāng)使用預(yù)制工程屏障系統(tǒng)（EBS）模塊（PEM）時(shí)，允許更高的安置密度。

與傳統(tǒng)概念相比，這將使所需的破碎巖石體積大約減少一半，減少通風(fēng)和排水要求，并降低與實(shí)施相關(guān)的復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)。

此外，由于容器處于大致等靜壓下，因此可以采用非常低技術(shù)的密封選項(xiàng)，如旋蓋。

如果考慮處置拱頂而不是隧道，則可以擴(kuò)展該方法，從而允許更高的安置密度，并可能安置大型多用途集裝箱（MPC）。

如果MPC已經(jīng)用于運(yùn)輸和臨時(shí)儲(chǔ)存，并且如果不重新利用，最終將需要作為廢物進(jìn)行管理，則此選項(xiàng)尤其有利。

核廢物管理的替代方法是可能的。

隨著安置密度的增加，熱管理成為一個(gè)更大的問題——在某些情況下，導(dǎo)致在回填地窖之前需要延長(zhǎng)開放“儲(chǔ)存”期的概念。

然而，如果使用熱泵技術(shù)，這種熱量也可以被視為一種積極的方面。這提供了一種無碳能源，可以在一定程度上抵消儲(chǔ)存庫建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的其他能源需求。

如果引入更廣泛的廢物管理視角，可能會(huì)帶來更多好處。

核退役是一項(xiàng)主要的后端活動(dòng)，產(chǎn)生大量低放射性污染物質(zhì)，通常被宣布為廢物。

然而，核鋼可以回收用于建造廢物容器或多用途罐——特別是如果所有操作都是遠(yuǎn)程處理的，且鋼的小輻射水平無關(guān)緊要。

一系列其他退役廢物也可用于地下開口的回填，而不是目前考慮的二氧化碳排放量特別大的專業(yè)粘土和混凝土。

甚至在隔離安置區(qū)方面發(fā)揮作用的塞子，也可以被核鋼艙壁取代——在發(fā)生擾動(dòng)時(shí)可能具有更好的功能和故障保護(hù)選項(xiàng)。

事實(shí)上，還有許多其他非核廢物可以從深度處置中受益，而不是像經(jīng)常發(fā)生的那樣，從近地表傾倒中受益。

即使將此類廢物納入處置區(qū)域過于復(fù)雜，處置庫設(shè)計(jì)通常包括大量的通道、豎井和坡道，這些通道、豎井或坡道在放置廢物后簡(jiǎn)單回填。

不同放射性廢物處理方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

例如，在參考日本高放廢物儲(chǔ)存庫中，可能是≈1-200萬m3。此處可能包含的潛在廢物是那些不太可能顯著干擾地質(zhì)屏障作用的廢物，如石棉和重金屬等材料。

最后，可以重新考慮是否需要建造一個(gè)特別處置設(shè)施。

過去曾考慮過在廢棄礦井中處置放射性廢物，例如在德國(guó)的莫爾斯本，這已經(jīng)成為國(guó)際化學(xué)毒性廢物處置行業(yè)的基礎(chǔ)。

從全球燃料循環(huán)的角度來看，應(yīng)注意到某些鈾礦被用作處置設(shè)施的特殊好處。從地質(zhì)角度來看，這些礦坑不僅可能特別適合，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)包含了數(shù)百萬年的鈾礦石，而且與從頭開始建造的礦坑相比，使用現(xiàn)有的礦坑可以大大減少碳足跡。

同樣，由于許多鈾生產(chǎn)國(guó)在實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)方面做得不好，任何對(duì)減少全球氣候擾動(dòng)的貢獻(xiàn)都可能是一個(gè)有利于公眾接受的論點(diǎn)。

應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，不存在適用于所有應(yīng)用程序的“最佳”處置方案，為了向前推進(jìn)，應(yīng)針對(duì)具體的計(jì)劃邊界條件評(píng)估不同變體的利弊。

除上述概念外，還可能有其他變體，例如在深井中而不是在常規(guī)儲(chǔ)存庫中進(jìn)行處置。

然而，這種方法可能僅適用于特殊條件，如少量廢物庫存和有利的邊界條件。在處置設(shè)施的詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)施方式方面，非常廣泛的可用選項(xiàng)也為優(yōu)化提供了相當(dāng)大的靈活性。

5、廢物處置的未來展望

瑞典核燃料和廢物管理公司

從根本上講，與全球變暖相比，放射性廢物處理設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)微不足道——應(yīng)該將核擴(kuò)張的討論放在整體大環(huán)境來看。有道德義務(wù)確保以盡可能負(fù)責(zé)任的方式管理所有廢物。

以整體方式考慮廢物管理突出表明，如果我們能夠打破現(xiàn)有模式，可以獲得巨大的好處。

然而，這需要改變實(shí)施和監(jiān)管組織的制度文化，還需要對(duì)決策者進(jìn)行教育，使他們能夠以無偏見的方式考慮相關(guān)的技術(shù)和社會(huì)政治問題，擺脫過去的先入為主的觀念。（完）