自20世纪中叶以来,核能发电、医药和工业中的放射性材料利用以及核武器生产产生了大量高放射性废物(High-level radioactive waste, HLW)。部分高放射性核废料的半衰期甚至比使用核技术或辐射技术的半衰期长得多,例如,243Am、239Pu和237Np的半衰期长达7.38×103年、2.41×104年和2.14×106年,高放废物安全有效的处置是“完整的核燃料循环”中重要的一环,已受到了世界的广泛关注。
二十世纪50年代,高放废物的地质处置方法被首次提出,近半个世纪以来,几乎所有有核国家都已经开展了关于高放废物处置的地质处置方法研究。与现代社会产生的其它类型危险废物不同,随着时间的推移,核废料会自发的放射性衰变,放射性危险逐渐降低并最终消失。因此,只要将核废料隔离“足够”长时间,“足够”长的距离,就能限制放射性材料对未来人群的辐射影响,使其释放到环境中的辐射水平低于天然背景,实现核废料的安全处置。
基于深地质处置的多重屏障体系(天然围岩-膨润土缓冲屏障-废物包封罐-废物固化体)是国际上广泛认可的处置方法。通过多重屏障对放射性废物进行永久隔离,隔离期大于1000年,甚至100000年,确保辐射照射保持在合理、可行和尽可能低的水平,从而实现地质处置设施关闭后的安全。
高放射性废物安全处置,是事关我国核工业健康持续发展的重大战略决策。2017年2月,国务院批复同意《核安全与放射性污染防治“十三五”规划及2025年远景目标》[1]。该规划指出,“十三五”期间,重点任务是加快高放废物处置研究,重点工程是高放废物地质处置地下实验室建设。2020年规划目标是,形成与我国核工业发展相适应的放射性废物处理处置能力。2025年远景目标是,放射性废物及时得到安全处理处置。
针对缓冲屏障的功能要求,国际社会从材料筛选、性能测试以及材料制备等方面开展了大量的研究。膨润土材料由于其低渗透性、高膨胀性、良好的密封和自愈合能力以及较强的化学吸附和离子交换能力,最终选定膨润土材料作为缓冲回填屏障的主要基础材料。
缓冲回填材料的膨胀性能,是高放废物处置库设计的重要指标之一,要充分发挥其安全屏蔽作用,作为缓冲回填屏障的膨润土或膨润土混合物材料,就必须具有足够的膨胀自愈能力,才能更好的发挥其防渗、吸附等作用。膨润土包封层(体)的密封性好坏,对于整个处置库的工程性能起着决定性的作用。近二十多年来,我国就缓冲回填材料的选择进行了大量的研宄工作。膨润土因其优越的吸附性能、膨胀自愈性能以及极低的渗透性被确认为我国理想的缓冲回填材料。缓冲回填设施的安全屏蔽功能需要通过适当的工程设计来实现。包括膨润土主料和所添加骨料的选择、添加骨料比例的优化、材料厚度设计以及施工控制指标和施工技术等,这些都需要通过室内实验到放大工业试验,再到地下实验室原位试验的分阶段论证。
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