導語

    歷經三十多年的選址、建設許可取證和建設，世界第一座永久核廢物處置庫——芬蘭安克羅（Onkalo）地下核廢物處置庫即將開始對乏燃料進行全面的最終處置試驗。芬蘭核廢物管理公司波西瓦(Posiva)6月19日表示，此次試驗的目的是表明最終處置程序將按計劃進行，這是目前還處于建造階段的該處置庫取得運行許可證的條件。該廢物處置庫計劃在2023年建成投運后用來貯存芬蘭全國核電站產生的乏燃料，規(guī)劃目標是貯存6500噸乏燃料，未來預計還要增加貯存量，至少保證乏燃料在400-500米的地下巖洞中安全貯存10萬年不被人類碰觸。

    芬蘭的乏燃料管理政策

    芬蘭是目前世界上為數(shù)不多的采取 “一次通過式” 核燃料循環(huán)政策的國家之一，即不對反應堆中用過的乏燃料進行再處理回收鈾、钚復用，而是將其作為高放廢物進行深地質層處置。

    芬蘭自20世紀70年代中期在奧爾基洛托（Olkiluoto）建成第一座核電站起就開始研究乏燃料的最終處置問題。1978年開始考慮把深地址處置作為候選處置方法之一，并進行了可行性研究。在1982年完成可行性研究報告的基礎上，芬蘭政府在1983年制定了乏燃料處置的規(guī)劃，決定從1983年開始選址，目標是在2000年篩選出最終處置庫場址。在此過程中同時開展研究工作，逐步掌握乏燃料處置技術。

    1983年，芬蘭政府出臺國家乏燃料管理政策。該政策為乏燃料的管理設定了兩套方案：第一套方案是，如果可能的話，采用商業(yè)合同的方式將國內乏燃料運至國際處置庫以不可回取的方式處置；第二套方案是，以安全和環(huán)境可接受的方式在國內建設一座深層地質處置庫對本國產生的乏燃料進行處置。對于第二套方案，政府制訂了實施計劃，即到2000年完成處置庫的選址工作，2010年前后啟動處置庫的建設，2020年前后啟動乏燃料的處置。

    芬蘭1994年的《核能法》修訂版對1983年廢物政策進行了修訂，規(guī)定必須在國內處理所有廢物。在新政策影響下，工業(yè)動力（Teollisuuden Voima Oyj）與富騰（Fortum）公司于1995年共同組建了波西瓦（Posiva）公司，專門負責推進乏燃料處置庫的建設工作。

    處置方案

    處置庫建在奧爾基洛托（Olkiluoto）核電站附近的埃烏拉約基（Eurajoki），處置方案為KBS-3型多重屏障系統(tǒng)，建在深400—500米左右的花崗巖基巖之中，為豎井-巷道型或豎井-斜井-巷道型。放射性廢物包裹在多重保護屏障中，一重屏障的故障以及不可預計的地質或其他變化不會使放射性物質大量泄漏到環(huán)境中。

    在處置過程中，首先將乏燃料裝入銅鋼制的最終處置容器中，然后將容器運至位于地下約400—450米深的巖層中，并放入帶有膨潤土緩沖層的沉積孔中貯存。地下處置方案示意圖見圖1。因此，在完成處置后，放射性物質將被密封在四重屏障中，見圖2。

    圖1 乏燃料地下處置示意圖

    圖2 防止放射性物質泄露的四重屏障

    多個陶瓷乏燃料芯塊疊加在一起后被密封在金屬包殼中組成一根乏燃料棒，多根乏燃料棒組成一個乏燃料組件，金屬包殼為耐腐蝕材質，再加上陶瓷形態(tài)的乏燃料芯塊本身難溶于水，在出現(xiàn)意外時，這將減緩放射性物質的釋放速度，因此，乏燃料組件本身構成了第一重屏障；乏燃料組件被裝在密封且耐腐蝕的銅和鑄鐵制成的最終處置容器中構成了第二重屏障，這種容器將保護燃料組件，使其免受深層基巖的機械應力，同時將乏燃料組件產生的衰變熱導出，以保證乏燃料不會過熱而熔化； 膨潤土緩沖層構成第三重屏障，能夠保護容器免受基巖中的任何潛在震動，并減緩容器周邊的水流速度；基巖構成第四重屏障，能夠確保容器和膨潤土的周邊環(huán)境僅發(fā)生微小且可預見的變化。深層基巖可使廢物容器免受任何地表變化的影響，并遠離人類正常的居住環(huán)境。以上措施可保證乏燃料在地下安全貯存10—100萬年，直至放射性和毒性降到與天然鈾礦相當?shù)乃健?BR>
    處置庫選址及建設歷程

    1980一1982年： 確定選址標準。對全國地質情況進行普查。

    1983一1985年：場址初選。在全國32 7個地段中篩選出 134個地段供進一步調查。

    1986一1992年：場址初步調查。通過對134個地段的初步調查, 最終篩選出5個重點地段 (Olkiluoto，Hastholmen，Romuvaara，Kivetty，Syyry)。

    1993一2000年：場址詳細調查。對上述5個地段中的4個開展平行性的詳細場址特性評價工作，每個場址約施工了15個深鉆孔、3 0～4 0 個淺鉆孔。最終確定Olkiluoto核電站附近的花崗巖為處置庫場址。

    2001年5月，芬蘭國會以159票贊成3票反對的表決結果，最終確定Olkiluoto為處置庫場址。

    2012年12月，波西瓦公司向芬蘭就業(yè)與經濟部提交建設許可證申請。2015年11月，芬蘭政府向波西瓦公司發(fā)放建設許可證，允許該公司在奧爾基洛托（Olkiluoto）附近的埃烏拉約基（Eurajoki）建設乏燃料最終處置庫。這是全球發(fā)放的首份乏燃料最終處置庫建設許可證。

    2016年下半年，波西瓦公司開始進行最終處置庫的建設，計劃于2023年建成投運。

    試驗的意義

    據(jù)世界核新聞網站2018年6月20日的報道，波西瓦公司對處置庫進行全規(guī)模現(xiàn)場系統(tǒng)測試的工作將在仲夏之后開始。該項測試主要確認銅鋼罐容器中的核燃料組件的設計功能能否保證。此次測試將在一個50米長的隧道（地下約420米深處）內放置兩個裝有加熱元件的測試罐來模擬乏燃料釋熱，同時將使用大約500個傳感器來監(jiān)測隧道內的情況。全規(guī)?，F(xiàn)場系統(tǒng)測試完成之后，波西瓦公司將進行綜合系統(tǒng)測試。綜合系統(tǒng)測試將在沒有乏燃料的情況下進行最終處置操作測試，將提供更多關于最終處置過程各階段功能的信息。

    從以上的信息可以推測出，波西瓦公司此次進行的試驗主要是研究乏燃料釋放的衰變熱對安全貯存的影響。根據(jù)計算和實際測量的數(shù)據(jù)，乏燃料的衰變熱為幾瓦/kg，并隨著其中放射性核素的衰變而緩慢減少，但由于一根核電站輕水堆乏燃料組件中的重金屬含量高達幾百kg，大量的乏燃料組件集中放置在一起后釋放的衰變熱總量是很客觀的。若這些衰變熱不能以合理的途徑導出，有可能使乏燃料組件溫度持續(xù)升高，最終使包殼和銅鋼制容器受損或熔化，導致最重要的第一、二重屏障失效，出現(xiàn)不可接受的后果。

    通過此次試驗，波西瓦公司將獲得處于深地質地下貯存庫中的乏燃料在復雜的真實貯存條件下的傳熱試驗數(shù)據(jù)，并依此評估現(xiàn)有方案的可行性或者為方案的進一步改進提供依據(jù)，從而為該項目取得運行許可證鋪平道路。同時，其經驗為世界上其他核電國家的同類項目提供有益的借鑒，也為剛從低迷狀況恢復發(fā)展不久的核電注入新的活力。

    參考來源：

    Full-scale tests to start soon at Finnish repository. World Nuclear News

    http://www.world-nuclear-news.org/WR-Full-scale-tests-to-start-soon-at-Finnish-repository-2006185.html

    全球首份乏燃料最終處置庫建設許可證頒發(fā)及啟示

    https://mp.weixin.qq.com/s/ln3viXJ6G3f_XrWfUuNx3Q

    王駒.芬蘭乏燃料最終地址處置研究歷程及經驗.國外鈾金地質,2002,19（03）:157—159.