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。縱觀全球主要國家退役經(jīng)驗，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座實驗或原型堆，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。實施埋葬前燃料元件需要從設(shè)施中取出并運到場外，或者臨時貯存在一個獨立的設(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。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，筆者梳理總結(jié)如下。

    法國

    實施局部和全部拆除

    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，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：包括實驗堆和動力堆; 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)嶒炇?，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40年的時間，花費56億歐元，其中一半費用是用于場址內(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。現(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)濟原因在1989年關(guān)閉，運行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組的退役工作，這臺退役機組是總裝機容量為32 MWe的溫茨凱爾先進(jìn)氣冷堆(WAGR)。該機組1962年臨界，1963年并網(wǎng)發(fā)電，是英國第二代核電機組的先驅(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目。該機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：退役一套機組, 建一套新機組，即所謂的“計劃生育”退役政策。

    一座堆當(dāng)經(jīng)濟或技術(shù)條件使安全運行不再可能時就應(yīng)當(dāng)退役，在一套機組退役后, 在同一場地建造另一座新機組。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)省了把退役核電機組的場址還原為綠地的巨額費用, 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)機組最終拆除并準(zhǔn)備再建一套新機組。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的實驗裝置。

    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。因為核電站延緩更長時間拆除，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座實驗/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驗工廠：波多黎各的Bonus沸水堆、俄亥俄州的Piqua有機慢化反應(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個機組運行超過了設(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行階段操作人員和維修人員所受劑量水平。

    核電站運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)