核設(shè)施退役是我國核工業(yè)短板之一，其關(guān)鍵技術(shù)目前尚未掌握?？v觀全球主要國家退役經(jīng)驗(yàn)，或?qū)硇┰S啟發(fā)。

    未來幾十年，全世界將有約2800座核設(shè)施需要退役，市場潛力巨大。

    事實(shí)上，核設(shè)施退役在國際上從上世紀(jì)60年代便已提出，但較多退役項(xiàng)目的出現(xiàn)，則是80年代后的事情。

    所謂的“核設(shè)施退役”，是為解除一座核設(shè)施的部分或全部監(jiān)管控制所采取的行政和技術(shù)行動，退役的最終目標(biāo)是無限制開放或利用場址。

    據(jù)全球核能協(xié)會估算，到目前為止，全世界大約有100座鈾礦冶設(shè)施、100多座商用堆、46座實(shí)驗(yàn)或原型堆，250多座研究堆和一批核燃料循環(huán)設(shè)施已停止運(yùn)行，其中許多正在退役，或已被完全拆除。

    三種核設(shè)施退役策略

    根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)的規(guī)定，退役階段定義了可選擇的三種策略，即立即拆除、延緩拆除、封固埋葬。三種戰(zhàn)略已被國際廣泛采用。

    “立即拆除”戰(zhàn)略是在核設(shè)施永久關(guān)閉后，盡可能快的除去和處理核設(shè)施內(nèi)的放射性物質(zhì)，原場址可以有限制或無限制利用?！傲⒓床鸪睉?zhàn)略通常是在核設(shè)施關(guān)停之后盡快(一般在5年以內(nèi))開始去污、拆除和場址的清污，設(shè)施內(nèi)放射性物質(zhì)運(yùn)到已經(jīng)準(zhǔn)備好的貯存和處置場地。

    “延緩拆除”戰(zhàn)略也稱安全貯存或安全封存。這是核設(shè)施在保證安全條件下進(jìn)行長期貯存，讓放射性核素進(jìn)行衰變，然后在進(jìn)行拆除活動。延緩拆除在核設(shè)施關(guān)閉后先做部分和簡易的去污、拆除工作，將主體設(shè)備(或關(guān)鍵設(shè)備)封存隔離幾十年。對于大型反應(yīng)堆退役，延緩拆除往往是優(yōu)選的策略。

    “封固埋葬”戰(zhàn)略是把核設(shè)施整體或它的主要部分，處置在它的現(xiàn)在位置或核設(shè)施邊界范圍的地下，讓其衰變到允許從審管控制釋放的水平。實(shí)施埋葬前燃料元件需要從設(shè)施中取出并運(yùn)到場外，或者臨時貯存在一個獨(dú)立的設(shè)施中，埋葬系統(tǒng)內(nèi)的液體要排出進(jìn)行處理，放射性物質(zhì)封存在原來結(jié)構(gòu)體中，與環(huán)境隔離起來并防止人員的闖入。

    以上三種策略各有優(yōu)缺點(diǎn)。核燃料循環(huán)的不同設(shè)施，應(yīng)根據(jù)設(shè)施類型、特性和放射性水平，優(yōu)選退役策略。如對于核燃料循環(huán)的前段設(shè)施和后處理廠，由于污染核素的半衰期長，延緩拆除幾十年對降低工作人員受照劑量來說受益不大，因此建議采用直接拆除。而對于反應(yīng)堆的退役，特別是核電站的退役，由于反應(yīng)堆的堆芯中包容著90%以上的放射性物質(zhì)，并且大部分為短壽命核素，堆芯延緩拆除有利于減少工作人員的受照劑量，因此，優(yōu)選延緩拆除。

    過去60多年來，世界核工業(yè)在退役不同類型核設(shè)施方面取得了不少經(jīng)驗(yàn)，筆者梳理總結(jié)如下。

    法國

    實(shí)施局部和全部拆除

    法國是一個核技術(shù)非常發(fā)達(dá)的國家，在核設(shè)施退役方面進(jìn)行了許多的研究和開發(fā)工作，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其中一些需退役的核設(shè)施(包括反應(yīng)堆和其它核燃料循環(huán)設(shè)施)已經(jīng)分別進(jìn)入了局部拆除和全部拆除狀態(tài)。

    法國軍用核設(shè)施退役和核電站的退役分別由法國原子能委員會(CEA)和法國電力公司(EDF)來負(fù)責(zé)管理。

    從退役的角度，法國將核燃料循環(huán)設(shè)施分為三類：1)反應(yīng)堆：包括實(shí)驗(yàn)堆和動力堆; 2)工廠：包括鈾的生產(chǎn)、濃縮、元件制造及后處理廠;3)熱室：包括用于燃料循環(huán)各工序中的設(shè)備及包裝放射性產(chǎn)品用的設(shè)備等。

    對于上述三類設(shè)施所采用的退役方針是：針對燃料循環(huán)工廠、熱室及游泳池式反應(yīng)堆，一般采取在短期內(nèi)拆除的策略;針對反應(yīng)堆，一般采取的方法是在短期內(nèi)完成部分拆除，僅留堆芯部分作延緩拆除，由于只將堆芯部分維持在安全狀態(tài)下，維護(hù)費(fèi)用較低。但應(yīng)注意特殊情況特殊對待，如有些材料或設(shè)備，由于其厚度和特性使其不能繼續(xù)維持幾十年，應(yīng)選擇盡快拆除。

    應(yīng)指出的是，延緩拆除的決定并非不可改變。由于政策、法規(guī)及經(jīng)濟(jì)上的原因，都有可能對上述決定重新審議。已關(guān)閉的核燃料循環(huán)設(shè)施或?qū)嶒?yàn)室，涉及核燃料循環(huán)的主要方面，如鈾礦加工、濃縮、冶金和后處理等，絕大部分已經(jīng)拆除完畢，恢復(fù)成綠地或建筑物改為他用，個別如馬庫爾的UP1后處理廠、皮埃爾拉特的鈾濃縮廠等正在拆除中。

    UP1 后處理廠在1958年到1997年運(yùn)行期間共處理了來自氣冷堆(軍用和民用)的18 600噸金屬燃料。預(yù)計工廠的去、污拆除及廢物處理將耗費(fèi)40年的時間，花費(fèi)56億歐元，其中一半費(fèi)用是用于場址內(nèi)廢物的處理。位于馬庫爾的Eurodif鈾濃縮廠的退役，由阿?，m公司負(fù)責(zé)，從2012年開始進(jìn)行，計劃分為兩個階段，第一階段的主要工作是在2012-2015年采用ClF3氣體進(jìn)行去污，去除掉內(nèi)部殘留的U，并將其以UF6形式進(jìn)行萃取，對過程中所有產(chǎn)生的氯化物和氟化物氣體要進(jìn)行回收。第二階段計劃從2016到2025年對工廠進(jìn)行拆除。

    在已關(guān)閉退役的反應(yīng)堆中，除臨界裝置外，只有游泳池式反應(yīng)堆完成了全部拆除。對已關(guān)閉的核電站，在2001年1月前，退役政策是關(guān)閉10年后，再經(jīng)過30-40年衰變，才進(jìn)入最終拆除。后來法國修改了退役策略，法國電力公司在2001年決定，關(guān)閉的11個核電站要在25年內(nèi)全部完成拆除工作。EDF估算其中9個核電站退役計劃費(fèi)用為30億歐元，其中20%~25%用于規(guī)劃和工程，40~45%用于拆除，20~25%用于廢物管理。反應(yīng)堆和建筑物拆除將會產(chǎn)生40萬噸放射性廢物，其中一半屬于極低放廢物。

    英國

    主張“延緩拆除”戰(zhàn)略

    英國主要由核退役管理局(NDA)負(fù)責(zé)民用核設(shè)施退役治理的管理和運(yùn)行工作，由環(huán)保部(EA/SEPA)負(fù)責(zé)對許可核設(shè)施的放射性廢物處置進(jìn)行授權(quán)，對持有核許可證場所的液體流出物和氣載廢物的排放進(jìn)行監(jiān)管，由健康與安全局(HSE)負(fù)責(zé)監(jiān)管英國所有許可核設(shè)施的退役。

    英國核電站有40座石墨減速氣冷堆，其中26座是第一代Magnox堆，14座是先進(jìn)氣冷堆。在26座Magnox堆中，25座已經(jīng)開始退役。石墨氣冷堆比水冷堆體積大得多，退役廢物量也大的多。此外，英國需要退役的反應(yīng)堆還包括2座位于敦雷(Dounreay)的快堆和l座位于溫弗里斯(Winfrith)的92 MWe蒸汽發(fā)生重水堆(SGHWR)。

    核設(shè)施的退役將產(chǎn)生大量的放射性廢物，由于英國缺乏廢物處置廠，因此核電站退役采用延緩拆除策略。早先，英國對Magnox堆要求延緩135年后再做最終拆除。后來，英國核燃料公司向國家審管部門提交了一份修改退役策略的報告，建議縮短Magnox堆的封存時間，改為封存100年之后最終進(jìn)行拆除?，F(xiàn)在英國核退役管理局希望還要縮短Magnox堆的封存時間。

    英國最早關(guān)閉退役的是伯克利核電站(2x138 MWe)。由于經(jīng)濟(jì)原因在1989年關(guān)閉，運(yùn)行27年，1992年完成卸料，隨后對冷卻池進(jìn)行排水、沖洗和填充。汽機(jī)廠房已拆除，反應(yīng)堆廠房處于為安全封存延長期的維護(hù)和保養(yǎng)做最后準(zhǔn)備的階段，最終它們也將被拆除，留下的場址可作為景區(qū)向公眾開放。英國其它反應(yīng)堆廠房也遵循以上同樣的模式。

    2011年5月，英國首次完成一臺核電機(jī)組的退役工作，這臺退役機(jī)組是總裝機(jī)容量為32 MWe的溫茨凱爾先進(jìn)氣冷堆(WAGR)。該機(jī)組1962年臨界，1963年并網(wǎng)發(fā)電，是英國第二代核電機(jī)組的先驅(qū)。1981年3月關(guān)閉，其退役被選定作為英國核電反應(yīng)堆退役的國家示范項(xiàng)目。該機(jī)組的退役工作總計歷時20年之久。

    德國

    立即拆除為首選方案

    德國核設(shè)施退役以立即拆除為首選方案。德國核電站退役有兩種策略：首先是立即拆除，核設(shè)施關(guān)閉后在盡可能早時間內(nèi)拆除;其次是延緩拆除，安全封閉30年之后拆除。除了前東德的Greifswald核電站采用延緩拆除外，主要采用的是立即拆除，目前有些已退役的場址已經(jīng)向公眾完全開放。由于早期德國的放射性廢物只允許深地質(zhì)處置，封固埋葬將設(shè)施變?yōu)榻乇硖幹脠?，這種方案不符合德國的處置政策，所以封固埋葬退役策略不考慮。

    目前，德國有34個研究堆永久關(guān)閉，其中22個已經(jīng)完全拆除，10個正在拆除或準(zhǔn)備拆除，只有2個在安全封存; 14座核電反應(yīng)堆和原型核電堆正在拆除，計劃都要達(dá)到無限制開放。KKN和HDR 2個動力堆已完全拆除并恢復(fù)到綠地，從核審管轄完全解控。2個動力堆(KWL Lingen，THTR-300 HammUntrop)在執(zhí)行安全封存。

    此外，11個核燃料循環(huán)設(shè)施永久關(guān)閉，其中5個已經(jīng)完全拆除，6個正在進(jìn)行拆除，其中包括：哈瑙(Hanau)的4個核燃料元件制造廠，已接近完全拆除，場址凈化正在進(jìn)行。德國卡爾斯魯厄后處理廠(WAK)熱工藝室已經(jīng)凈化，廠房正在作凈化，暫存高放廢液的貯罐和VEK玻璃固化設(shè)施正在進(jìn)行拆除。

    俄羅斯

    奉行“計劃生育”政策

    俄羅斯的反應(yīng)堆退役政策是：退役一套機(jī)組, 建一套新機(jī)組，即所謂的“計劃生育”退役政策。

    一座堆當(dāng)經(jīng)濟(jì)或技術(shù)條件使安全運(yùn)行不再可能時就應(yīng)當(dāng)退役，在一套機(jī)組退役后, 在同一場地建造另一座新機(jī)組。這種方法是對現(xiàn)有設(shè)施和人員的最佳利用，并可以避免開辟新場地的問題。同樣, 這種辦法還節(jié)省了把退役核電機(jī)組的場址還原為綠地的巨額費(fèi)用, 更何況俄羅斯缺少地區(qū)放射性廢物貯存庫。

    此類退役的四個階段包括：(1)停堆與準(zhǔn)備： 實(shí)現(xiàn)核安全狀態(tài), 設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)去污;(2)準(zhǔn)備長期監(jiān)測貯存：高放設(shè)備(如燃料組件)的隔離, 同時拆除低放和無污染設(shè)備、建筑等, 除去放射性廢物并做好長期貯存的準(zhǔn)備;(3)隔離設(shè)備的長期監(jiān)測貯存。在此條件下進(jìn)行的感生放射性活度同位素分析表明,經(jīng)過20-30 年之后只剩下長壽命核素, 在此期間放射性總活度減少60-100%。(4)機(jī)組最終拆除并準(zhǔn)備再建一套新機(jī)組。這四個階段可能需要30-40年。

    當(dāng)前，俄羅斯有六個民用反應(yīng)堆正在退役：三個早期的石墨水冷堆(LWGRs)，Melekess VK-50原型沸水堆，新沃羅涅日核電站內(nèi)的兩個較大的原型VVER-440機(jī)組。大部分都是在1981-1990年關(guān)閉，燃料已被移出，正等待拆除。

    2014年9月初，俄羅斯季米特洛夫格勒的反應(yīng)堆研究所完成了研究堆RBT-10/1的退役。RBT-10/1從1983年開始運(yùn)行，用于研究經(jīng)過輻照后的材料性質(zhì)以及生產(chǎn)放射性核素源或特定性能要求的材料，1994年開始被閑置并于2005年宣布關(guān)閉。退役工作包括清除乏燃料以及拆卸堆芯、現(xiàn)場轉(zhuǎn)換設(shè)備和該場址中可用于另一座研究堆RBT-10/2的實(shí)驗(yàn)裝置。

    美國

    延緩拆除和立即拆除策略結(jié)合使用

    美國早期關(guān)閉的反應(yīng)堆采用延緩拆除策略者居多，而后期關(guān)閉的反應(yīng)堆采用立即拆除策略者居多。因?yàn)楹穗娬狙泳徃L時間拆除，并不能帶來更多好處，美國核管會要求所有核電站停止服役關(guān)閉后，封存時間不超過60年。

    現(xiàn)在美國有32個動力堆、16座實(shí)驗(yàn)/研究堆已經(jīng)關(guān)閉，正在執(zhí)行退役計劃。以33座反應(yīng)堆的退役現(xiàn)狀為例，其中有15座采用立即拆除策略，并有12座已經(jīng)完成拆除，其它處于正在拆除階段;12座反應(yīng)堆采取延緩拆除策略;三里島-2 為卸出乏燃料后監(jiān)測貯存;僅有個別進(jìn)行封固埋葬的是小的實(shí)驗(yàn)工廠：波多黎各的Bonus沸水堆、俄亥俄州的Piqua有機(jī)慢化反應(yīng)堆、Nebraska的Hallam石墨慢化鈉冷反應(yīng)堆，沒有由NRC審批的工廠采用封固埋葬策略。還有兩個是在2013年剛剛關(guān)閉，退役方案待定。

    日本

    踐行先封存(5-10年)后拆除的策略

    到2015年日本有13個機(jī)組運(yùn)行超過了設(shè)計壽命(30年)，日本確定最終關(guān)閉后封存5-10年之后進(jìn)行拆除的策略。

    其原因是：場址可用來再建核電站，日本缺乏新建核電站場址;經(jīng)5-10年安全封存后，退役人員外照劑量會降到運(yùn)行階段操作人員和維修人員所受劑量水平。

    核電站運(yùn)行人員可以參加退役。關(guān)閉的核電站多年不進(jìn)行退役，社會公眾不宜接收。

    日本核動力示范堆(JPDR)，沸水堆，電功率12.5 MW，1963年10月發(fā)電。1976年3月關(guān)閉，堆內(nèi)放射性存量130 TBq。1986-1996年進(jìn)行退役，1986年12月開始拆卸反應(yīng)堆，1996年3月完成退役，場址已轉(zhuǎn)變?yōu)榫G地。退役產(chǎn)生的總廢物量為24 440 t，其中放射性廢物3770 t，占15.4%;非放廢物為20700 t，占84.6%。

    日本東海-1核電站是日本第一座商業(yè)核電站，石墨氣冷堆，165MW，為Magnox型石墨氣冷堆。1960年建造，1966-1998年期間運(yùn)行。1998年5月到2001年3月卸出乏燃料，2001年12月開始退役。退役的目標(biāo)是拆除所有設(shè)施，場址上能夠再建核電站。退役工程分為三個階段：

    第一階段(2001-2005)：準(zhǔn)備工作和拆除一些常規(guī)設(shè)備。

    第二階段(2006-2011)：拆除蒸汽發(fā)生器和堆芯外一回路管路。

    第三階段(2012-2018)：拆除反應(yīng)堆和所有構(gòu)筑物，完成退役。

    預(yù)計退役總費(fèi)用為930億日圓(10.4億美元)，其中350億日圓用于拆除核設(shè)施，580億日圓用于廢物處理。

    (作者系本刊特約研究員)