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核电站退役是个高技术活儿?要走11步

发布时间:2016-12-8 11:25 原作者:季天也   来自: 《环境与生活》

20151230日,英国服役时间最长的威尔法核电站1号机组被永久关闭了,“享年”44岁,作为英国最后一座由本国企业运营的核电站,威尔法核电站关闭的主要原因是相应的核燃料类型已停产。不过,运营商英国镁诺克斯公司称,为了确保善后的安全性,预计要到整整90年之后的2105年,才能完成全部的清理拆除善后工作。人们不禁要问,在长达近一个世纪的时间里,核电站的退役要经历多少程序?为什么需要如此漫长的“闭幕式”?

核电站退役要走11

包括煤、天然气和核能在内的能源工厂,都有一个不能再继续经济运行的年限,也就是寿命。建于20世纪五六十年代的第一代核电站,通常只有30年的设计寿命,当然也有一部分在通过安全许可后能够多活一段时间(一般不超过10年)。到第二代核技术时期,核电站的寿命普遍提升到了40年;如今的第三代核技术则可以使核电站的寿命长达60年。由于涉及放射性安全,诸如核电站、放射性实验室、铀加工厂、研究性反应堆在内的所有核设施,一旦到了岁数,都必须进行一系列妥善管理和处置工作,最终确保这块地可以安全地另作他用,这就是核设施退役。

对于核电站来说,退役是个相当复杂、长久而且技术含量很高的活儿。首先,核电机组得关停,将反应堆中用过和待用的核燃料(前者称为乏燃料)卸除,按照高放射性核废物(下简称“高放废物”)的国际惯例,转移到专门的高放废物处置库(或临时贮存地)进行处理。

其次,核电站内部的仪器仪表、管道、电缆、钢筋混凝土等建筑设施和设备部件,自然也在拆除之列,有些挨着反应堆的材料已经沾染了放射性,也需要按照它们放射性水平和特征,分门别类地进行规整、固化等封存处理。

最后,核电站所在区域要进行“大清洗”,确保土壤、水源、空气等环境指标不超过安全线。整个退役过程少则几年,多则几十年,有可能比核电站服役的“工龄”还要长。

国际原子能机构(IAEA)官网介绍,核电站退役总共分为11个阶段:起草退役计划、卸出反应堆核燃料、场内处理退役的核废物、转移退役的核废物、做好安全隔离准备、局部拆除、主动隔离措施、被动隔离措施、彻底拆除、最终环境监测(验收)和行业许可证到期(法定意义上的退役完成),也可以大致理解成准备阶段、去污阶段和拆除+环境整治阶段。

 

位于美国宾夕法尼亚州的萨克斯顿核电站正在拆除反应堆安全壳

快拆慢拆各有利弊

目前,核设施共有3种国际公认的退役策略。

①立即拆除  就是拆掉所有厂房、设备和其他部件,并清除核污染。这种方法好在时间相对短,处理后的旧址能较快投入其他用途,避免夜长梦多的风险,如放射性废物意外泄漏、设备材料老化腐蚀、物价上涨导致退役成本增加、设备相关资料和熟悉设施状况的人员越来越少等等。缺点在于时间短,放射性物质还没怎么衰变,核辐射较强,并且要在短期内对大量放射性水平参差不齐的核废物分类进行处理,安全风险和处理难度都很高,需要强大的技术和财力。这种方法适合小型核电机组和其他小规模核设施,高放废物量小,拖延时间对降低辐射作用不大。

②延缓拆除  是指移走乏燃料和剩余新燃料之后,排空管道和贮水池,等个1080年,确保反应堆周围安全之后再拆除。核电元老之一英国首个完成退役的是温斯克尔实验性机组,这个建于1958年的老机组,早在19814月就被永久关闭,但它却花了30年时间——到2011年才最终完成退役。荷兰的多德瓦德核电机组19973月关停,但按计划要在2047年才彻底完成拆除。

这种策略的优势是放射性原子有足够的衰变时间来弱化辐射强度,从而降低清理难度和工作人员的受照剂量。另外,随着时间推移,未来的科技水平也许有助于退役安全性的提高。缺点则是存在许多不确定性因素。像现代商用核电机组这样的大规模核设施,比较适合这套方法。

③固封埋藏  等把乏燃料这些高放废物移走,就要用混凝土等坚固耐久的材料把反应堆封在其中,直到辐射强度降到可以接受的水平。这招比较新,需要处理的放射性材料不多,对人员的安全性较高,但需要长期维护和监测,主要用在边远地区或者小型研究性反应堆等情况。美国至少5台机组采用了这种方法。

 

德国格赖夫斯瓦尔德核电站退役的核废物统计    来源:联合国环境规划署

 

核设施退役产生的辐射种类及其穿透材料的能力,其中β射线和γ射线是威胁的主要来源。

科学封存高放废物

核电站退役的大部分标准、法规和导则,大致相当于放射性废物的处理过程。这些废物遵循“高放废物少、中低放废物多”的规律。国际原子能机构的资料表明,一台功率为1000兆瓦(大致是现役主力核电站的平均水平)的机组,每年产生的高放废物约有27吨,全球核电站一年的高放废物量加起来,约能填满两个国际标准的游泳池(50米×25米×2米),远低于其他能源形式所产生的废物。不过,这些高放废物危险性较大,需要经过硼水池初步屏蔽和冷却一段时间,再转入地下5001000米的深层地质封存。当然,乏燃料中还包含大量宝贵的核原料,可以经过“后处理”工序重新利用,从而节约铀资源。

由于高放废物的放射性占全部核废物的95%,一旦关停了反应堆,运走用过和没用过的核燃料,核电站中心的放射性水平就会大幅下降,排空管道和贮水池后,大部分带有放射性的材料都呈固态,相对好对付,并且不容易进入环境,场区的放射性随时间推移继续稳降。联合国环境规划署(UNEP)在其2012年的年鉴中指出,核设施退役期放射性物质大量释放的风险低于运行期。

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