高放廢液主要是指乏燃料后處理廠的共去污循環(huán)工段的萃余水相，即后處理第一個(gè)溶劑萃取周期產(chǎn)生的剩余物。高放廢液由硝酸溶液中的硝酸鹽混合物組成，含有乏燃料中存在的大多數(shù)非氣態(tài)裂變產(chǎn)物（ 大于99.9％ ），極少量的鈾和钚，以及活化產(chǎn)物，鋼、鐵、鎳、鉻的腐蝕產(chǎn)物，還可能含有其他后處理過程添加的化學(xué)品，如鈉、釓、鎘、硼、氟。

高放廢液的特點(diǎn)是放射性含量高、釋熱量大。因此在貯存、處理和運(yùn)輸過程中需要特殊的防護(hù)，一般情況下會(huì)進(jìn)行玻璃固化再運(yùn)輸及最終處置，少數(shù)情況下會(huì)直接運(yùn)輸。

高放廢液運(yùn)輸容器的開發(fā)對(duì)確保其運(yùn)輸安全至關(guān)重要。法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)曾在場(chǎng)內(nèi)和公共道路上運(yùn)輸過高放廢液。其中法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)研發(fā)了一系列適用于高放廢液的運(yùn)輸容器。本文主要論述國(guó)外高放廢液運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)、高放廢液運(yùn)輸?shù)膶?shí)踐以及相關(guān)容器的使用和研發(fā)情況。

國(guó)際組織高放廢液運(yùn)輸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

多個(gè)國(guó)際組織已制定了放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆ㄒ?guī)標(biāo)準(zhǔn)，已被多個(gè)國(guó)家的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所采納。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)自1961年開始發(fā)布相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，如《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸條例》，以及放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)氖鹿薯憫?yīng)、輻射防護(hù)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等相關(guān)導(dǎo)則等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO ）、聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ UNECE ）、國(guó)際鐵路貨物運(yùn)輸政府間組織（ OTIF ）、國(guó)際民航組織（ ICAO ）、國(guó)際海事組織（ IMO ）等組織也制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

放射性廢物的貨包可以分為五類：豁免貨包、工業(yè)貨包、A型貨包、B型貨包、C型貨包。工業(yè)貨包又可以分為三類：1型、2型、3型工業(yè)貨包，安全性能要求逐級(jí)提高。A型貨包適用于醫(yī)用放射性藥物等工業(yè)材料，B型貨包適用于放射性更高的材料，其釋放通常會(huì)對(duì)公眾或環(huán)境造成重大危害，如乏燃料棒。高放廢液的容器亦屬于B型貨包。B（M）型貨包的要求比B（U）型貨包更嚴(yán)格，其貨包設(shè)計(jì)、裝運(yùn)均需要原裝運(yùn)國(guó)及途徑主管部門批準(zhǔn)。

高放廢液運(yùn)輸實(shí)踐

通常情況下，高放廢液就地進(jìn)行后處理和玻璃固化，不考慮轉(zhuǎn)運(yùn)。法國(guó)、英國(guó)等國(guó)家具備商業(yè)后處理的能力，法國(guó)阿格乏燃料后處理廠。法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)等國(guó)家已有高放廢液運(yùn)輸?shù)慕?jīng)驗(yàn)，主要是因?yàn)楦叻艔U液產(chǎn)生地不具備處理能力或即將退役，因此需要直接運(yùn)輸液體到場(chǎng)內(nèi)其他設(shè)施或場(chǎng)外其他地區(qū)。本節(jié)將概述法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)和比利時(shí)的高放廢液運(yùn)輸狀況，其時(shí)間和距離如表1所示，場(chǎng)外運(yùn)輸可達(dá)到700公里至2000公里，場(chǎng)內(nèi)為幾百米或幾公里。

法國(guó)

法國(guó)高放廢液主要在科研設(shè)施場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸，場(chǎng)外運(yùn)輸?shù)陌咐邱R爾庫(kù)爾玻璃固化廠（AVM）停用后，高放廢液和泥漿轉(zhuǎn)運(yùn)至阿格后處理廠進(jìn)行處理。法國(guó)馬爾庫(kù)爾玻璃固化廠于1978~1997年運(yùn)行，以該廠為原型建造的阿格核燃料后處理廠負(fù)責(zé)處理法國(guó)境內(nèi)58座核反應(yīng)堆，以及來(lái)自澳大利亞和日本等國(guó)家的乏燃料。玻璃固化設(shè)施R7、T7于1989年、1992年開始投入使用，每年分別可處理800 tHM乏燃料。阿格后處理廠通過歐安諾子公司ORANO TN進(jìn)行放射性物質(zhì)運(yùn)輸。2019年，阿格場(chǎng)外運(yùn)輸約1300次放射性物質(zhì)，場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸約8880次。2015年，法國(guó)通過LR56儲(chǔ)罐分4次將豐特奈—玫瑰中心18號(hào)建筑物去污產(chǎn)生的10 m3α廢水運(yùn)輸?shù)今R爾庫(kù)爾污水處理廠進(jìn)行處理。

法國(guó)曾多次利用自研的容器開展高放廢液的場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸。1955年法國(guó)原子能委員會(huì)決定高放廢液集中處理，研發(fā)最大裝載能力為200 L 的“灰姑娘”（CENDRILLON）容器，1969年在后處理示范廠（PIVER）用于運(yùn)輸高放廢液。法國(guó)薩克萊研究中心又研發(fā)了用于運(yùn)輸高放廢液的LR44、LR56半掛式車輛，運(yùn)輸能力為1.28 m3、4.5 m3。截至1994年，法國(guó)原子能委員會(huì)在薩克萊用LR44完成了200次以上的高放廢液運(yùn)輸，運(yùn)輸量達(dá)到33×1015Bq。馬爾庫(kù)爾2270 m3高放廢液被轉(zhuǎn)移至馬爾庫(kù)爾玻璃固化廠并進(jìn)行玻璃固化。2014年，法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)用LR56儲(chǔ)罐進(jìn)行高放廢液的場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸。

美國(guó)

美國(guó)高放廢液主要在科研設(shè)施內(nèi)進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸。薩凡納河、西瓦利、漢福德等地建設(shè)了玻璃固化設(shè)施。1995年美國(guó)國(guó)家能源局采購(gòu)了法國(guó)研發(fā)的LR56容器，在漢福德場(chǎng)址、橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、薩瓦納河場(chǎng)址用于在場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸B型放射性廢液。

美國(guó)曾從加拿大運(yùn)輸高放廢液。喬克河實(shí)驗(yàn)室用高濃鈾生產(chǎn)醫(yī)用同位素鉬-99，無(wú)法把副產(chǎn)品液態(tài)高濃鈾轉(zhuǎn)化為固體，因此將其返回美國(guó)。高放廢液總量約為6000加侖（22.7 m3 ）。廢物存儲(chǔ)在0.057 m3的桶中。2017年至2020年美國(guó)使用美國(guó)核保險(xiǎn)國(guó)際公司研發(fā)的容器（ NAC-LWT B型 ）將喬克河實(shí)驗(yàn)室高放廢液運(yùn)輸?shù)剿_瓦納河場(chǎng)址，共計(jì)115次、24萬(wàn)公里。

德國(guó)

德國(guó)建有后處理示范廠，無(wú)商用設(shè)施，主要把乏燃料運(yùn)輸?shù)椒▏?guó)和英國(guó)進(jìn)行后處理，2000年決定停止后處理，具有豐富的乏燃料和玻璃固化體運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)，但僅在場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸過高放廢液?？査刽敹蚝筇幚韽S（ WAK ）1971年至1990年處理了超過200噸來(lái)自不同實(shí)驗(yàn)堆和核電站的乏燃料。1987年德國(guó)將高放廢液從卡爾斯魯厄后處理廠舊的高放廢液貯存廠房（ HWL ）轉(zhuǎn)移到新的高放廢液貯存廠房（ LAVA ）。通過蒸汽發(fā)射器分批轉(zhuǎn)移貯存16年的約63 m3高放廢液，每批1.5 m3。沉積物的數(shù)量很?。?重量約0.92% ），裂變钚的含量?jī)H為2.4 kg，占固體總量700 kg的0.34%?？査刽敹蚝筇幚韽S于1991年停止使用并開始拆除。這些高放廢液在卡爾斯魯厄玻璃固化廠（VEK）進(jìn)行玻璃固化后的廢物包被裝入德國(guó)核服務(wù)公司（GNS）研發(fā)的容器（CASTOR）中，并于2011年運(yùn)輸?shù)礁窭追蛩雇郀柕碌闹虚g貯存設(shè)施。

比利時(shí)

歐洲多個(gè)國(guó)家在比利時(shí)共同建造了世界上第一個(gè)后處理廠（Eurochemic），該廠于1974年停止運(yùn)行，47 m3 高放廢液被轉(zhuǎn)移至玻璃固化廠（PAMELA）。這次轉(zhuǎn)移沒有遇到任何問題。儲(chǔ)罐壁上以薄層形式沉積的固體的放射性是難以消除的，其存在使退役作業(yè)復(fù)雜化。玻璃固化示范廠（PAMELA）于1984年開始運(yùn)行，1991年處理完該后處理廠產(chǎn)生的所有高放廢液后停止運(yùn)行。

高放廢液運(yùn)輸容器

高放廢液通常貯存在不銹鋼罐中，可以有效避免硝酸溶液的腐蝕，儲(chǔ)罐帶有強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)。法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)研發(fā)的高放廢液運(yùn)輸容器（ 如LR56、TN MW、NAC-LWT、CASTOR ）在國(guó)內(nèi)使用，并銷售到其他國(guó)家。俄羅斯開發(fā)的TUK系列可以用于運(yùn)輸乏燃料，未明確提及運(yùn)輸高放廢液。本節(jié)將概述法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)最新研發(fā)的高放廢液容器。

法國(guó)

法國(guó)擁有幾十年高放廢液和運(yùn)輸罐研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。法國(guó)薩克萊研究中心研發(fā)的用于運(yùn)輸高放廢液的LR44、LR56半掛式車輛，運(yùn)輸能力為1.28 m3、4.5 m3，在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用。LR56銷售至美國(guó)。

法國(guó)歐安諾子公司Orano NPS在國(guó)際上擁有400個(gè)運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)專利，已設(shè)計(jì)150余個(gè)運(yùn)輸概念，每年運(yùn)輸超過5000次，還可以根據(jù)用戶需求改進(jìn)現(xiàn)有容器或者研發(fā)新的容器。Orano NPS設(shè)計(jì)的低放或高放廢液的運(yùn)輸儲(chǔ)罐（Citerne）的儲(chǔ)存量為1 m3至18 m3，TN MW（MW代表多種廢物）系列三重功能包裝可用于核設(shè)施運(yùn)行或退役產(chǎn)生廢物的運(yùn)輸、貯存、最終長(zhǎng)期處置，可以避開中間廢物處理過程，確保安全和控制成本。該容器可用于中高放廢物，已經(jīng)在法國(guó)和比利時(shí)獲得2型工業(yè)貨包至B型運(yùn)輸許可證，具有模塊化、緊湊和靈活的特點(diǎn)，2017年完成第一次運(yùn)輸。

TN MW系列容器分為長(zhǎng)版和短版兩類。長(zhǎng)版適用于大型廢物。短版（ 圖1、表2 ）可用于運(yùn)輸、長(zhǎng)期中間貯存、最終處置，符合IAEA關(guān)于2型工業(yè)貨包、A、B（U）、B（U）F等貨包的要求，最大活度為300 TBq鈷-60，最大載重為2 t（ 4409 lbs ），可用于干法或濕法操作，耐腐蝕性強(qiáng)。

美國(guó)

美國(guó)核保險(xiǎn)國(guó)際公司（ NAC International ）開發(fā)了NAC-LWT、NAC-STC等一系列乏燃料貯存和運(yùn)輸容器，其運(yùn)輸系統(tǒng)已獲得美國(guó)核管理委員會(huì)頒發(fā)的160多個(gè)許可證或修訂許可證，以及眾多的許可證證書和驗(yàn)證。其中NAC-LWT系列（ 圖2，LWT代表法定重量卡車 ）是美國(guó)商用乏燃料運(yùn)輸?shù)闹饕I(yè)設(shè)備，已用于多種類型的固體和液態(tài)廢物，可用于卡車、鐵路、船等多種交通工具。美國(guó)核管理委員會(huì)于2020更新該系列容器的合格證書，有效期至2025年。從20世紀(jì)90年代開始，在國(guó)外研究堆項(xiàng)目的支持下，美國(guó)國(guó)家核安全局用該容器從各個(gè)國(guó)家回收高濃鈾和其他研究堆和商用堆產(chǎn)生的核材料。2016~2020年美國(guó)從加拿大運(yùn)回22.7 m3高放廢液，含有161 kg高濃鈾。

美國(guó)核保險(xiǎn)國(guó)際公司最新研發(fā)的最佳模塊化通用運(yùn)輸桶（OPTIMUS）技術(shù)可用于包裝多種放射性廢物。其中，OPTIMUS-H型運(yùn)輸包裝系統(tǒng)可用于遠(yuǎn)程操作的超鈾廢物和乏燃料，OPTIMUS-L型可用于接觸裝卸的超鈾廢物和較低濃度的中放廢物的運(yùn)輸。OPTIMUS還可用于大型容器（ 如110加侖的桶 ）、高熱負(fù)荷或裂變克當(dāng)量的容器、產(chǎn)生氣體的材料、含有壓縮或液化氣體推進(jìn)劑的氣溶膠罐的超鈾廢物。OPTIMUS系統(tǒng)滿足國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)SSR-6對(duì)B（U）F型貨包的要求和美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)10CFR71的監(jiān)管要求。

德國(guó)

德國(guó)核服務(wù)公司（Gesellschaft für Nuklear-Service，GNS）作為乏燃料、中高放廢物包裝容器供應(yīng)商，已有40年豐富經(jīng)驗(yàn)。第一個(gè)MOSAIK桶于1977年開發(fā)完成，第一個(gè)CASTOR桶于1978年開發(fā)完成。1985年CASTOR V/21獲得美國(guó)貯存許可證。目前四大洲多個(gè)國(guó)家已使用超過1700個(gè)CASTOR和CONSTOR乏燃料桶和超過70000個(gè)用于中放廢物的MOSAIK桶。最新一代是用于捷克核電站的CASTOR 1000/19。受當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)限制，并不是所有容器都獲得了運(yùn)輸授權(quán)。在部分國(guó)家，CASTOR桶可用于乏燃料運(yùn)輸，如韓國(guó)使用的CASTOR KN12桶和芬蘭使用的CASTOR TVO桶。

核服務(wù)公司CASTOR兩用桶（ 圖3 ）的主要設(shè)計(jì)理念是確保在運(yùn)輸過程，以及隨后幾十年的干式中間貯存的過程中由容器本身實(shí)現(xiàn)所有防護(hù)目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)四個(gè)防護(hù)目標(biāo)的方法說(shuō)明如下：

安全密封放射性物質(zhì)：桶體采用鍛造不銹鋼蓋和金屬密封的雙屏障系統(tǒng)。在中間貯存期間，通過第二個(gè)蓋上的壓力表對(duì)雙屏蔽系統(tǒng)的泄露進(jìn)行永久監(jiān)測(cè)；

屏蔽輻射：桶體由約40 cm厚的球磨鑄鐵制成。桶體和封蓋確保有效屏蔽α、β、γ輻射。在桶壁上的軸向孔中填充聚乙烯緩速棒使中子緩速。第二個(gè)封蓋兩面放置聚乙烯板；

消散放射性物質(zhì)衰變熱：在桶體的外壁安裝散熱片，將桶內(nèi)的釋熱消散到環(huán)境中。從第二代桶到現(xiàn)在，這些散熱片被徑向加工到桶體中，將桶的表面延長(zhǎng)了3倍；

確保系統(tǒng)處于次臨界：桶體及其部件的設(shè)計(jì)保證在正常和事故條件下始終處于次臨界。

結(jié)論

從國(guó)際形勢(shì)來(lái)看，各國(guó)運(yùn)輸乏燃料和玻璃固化體的情況較多，一般不直接運(yùn)輸高放廢液，而是將其固化后再運(yùn)輸。目前已有高放廢液場(chǎng)內(nèi)和場(chǎng)外運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)的國(guó)家包括法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)，主要是因?yàn)楦叻艔U液產(chǎn)生地不具備處理能力或即將退役，因此需要直接運(yùn)輸液體到場(chǎng)內(nèi)其他設(shè)施或場(chǎng)外其他地區(qū)。

法國(guó)歐安諾子公司（Orano NPS）、美國(guó)核保險(xiǎn)國(guó)際公司（NAC International）、德國(guó)核服務(wù)公司（GNS）都開發(fā)了運(yùn)輸乏燃料和高放廢液的容器，即法國(guó)TN MW系列，美國(guó)NAC-LWT系列，以及德國(guó)CASTOR、CONSTOR系列。這些容器可以實(shí)現(xiàn)“運(yùn)輸、貯存”兩用，甚至是“運(yùn)輸、貯存、處置”三用，這是目前高放廢物運(yùn)輸容器研發(fā)的主要方向。  

（作者：李金鳳　唐祚才　程衛(wèi)亞　王春紅 單位分別為：中國(guó)原子能科學(xué)研究院核安全研究所，國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局核技術(shù)支持中心）