吳 棟 魏貴林 何昔洋 劉 刈 盧喜瑞，4

（1. 西南科技大學(xué)拉美研究中心 四川綿陽(yáng) 621010； 2. 核廢物與環(huán)境安全省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心 四川綿陽(yáng) 621010； 3. 核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室 四川綿陽(yáng) 621010； 4. 環(huán)境友好能源材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川綿陽(yáng) 621010； 5. 中國(guó)原子能科學(xué)研究院 北京 102413）

隨著傳統(tǒng)能源的消耗殆盡，核能作為一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，在大多數(shù)國(guó)家已被廣泛應(yīng)用[1]。但核能的發(fā)展會(huì)不可避免的產(chǎn)生放射性廢物，如果這些放射性廢物得不到安全而有效的治理，將對(duì)人類的生存環(huán)境和生命健康形成潛在的威脅[2]。由于放射性廢物的來源方式較多，以及不同廢物所含核素差異性較大，因此安全有效的處理放射性廢物成為各個(gè)國(guó)家所面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)[3]。由于拉美國(guó)家核技術(shù)發(fā)展及放射性廢物的處理發(fā)展水平不高，相關(guān)研究十分匱乏，全面梳理巴西放射性廢物的處理現(xiàn)狀對(duì)拉美其他國(guó)家處理相關(guān)問題具有針對(duì)性和操作性的政策意義[4]。上世紀(jì)七十年代初，巴西與法國(guó)和美國(guó)的各種反應(yīng)堆制造商以及核燃料循環(huán)公司建立了供應(yīng)和技術(shù)關(guān)系[5]，正式開啟巴西核工業(yè)相關(guān)的研究。核工業(yè)的發(fā)展不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量的放射性廢物[6]，如何有效處理這些放射性廢物成為巴西面臨的一個(gè)難題。為此，巴西通過制定國(guó)家政策和成立相關(guān)研究機(jī)構(gòu)等方式來降低放射性廢物的產(chǎn)生或及時(shí)處理這些放射性廢物，從而降低放射性廢物所帶來的危害[7]。本文主要對(duì)巴西核工業(yè)發(fā)展歷程、放射性廢物的來源及處理現(xiàn)狀等進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)研。

一、巴西核工業(yè)發(fā)展進(jìn)程

圖1 巴西西核電發(fā)展時(shí)間間軸

二、巴西西放射性廢物物的來源

（一）鈾鈾礦開采、冶冶煉

（二）燃料元件加工

一個(gè)名為FEC的燃料元件加工廠位于里約熱內(nèi)盧，也由INB運(yùn)營(yíng)，包括一個(gè)再生廠和一個(gè)燃料制造廠，該濃縮工廠目前已經(jīng)投入運(yùn)作了。

（三）核電站反應(yīng)堆運(yùn)行

核電站產(chǎn)生的放射性物質(zhì)主要是反應(yīng)堆中生成的大量裂變產(chǎn)物。反應(yīng)堆中生成的大量裂變產(chǎn)物，一般情況下保留在燃料元件包殼內(nèi)，當(dāng)發(fā)生元件包殼破損事故時(shí)，會(huì)有少量裂變產(chǎn)物泄漏到冷卻循環(huán)水中。反應(yīng)堆冷卻循環(huán)水中的雜質(zhì)（循環(huán)系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物）受中子照射后也會(huì)形成放射性的活化產(chǎn)物，冷卻循環(huán)水也就具有放射性。

巴西至今為止有兩座正在運(yùn)行的核電站和一座在建的核電站，都位于巴西里約熱內(nèi)盧州的安格拉多斯雷斯市，其中Angra-1產(chǎn)生廢物詳情見表1[12]，Angra-2產(chǎn)生廢物詳情見表2[12]，巴西4個(gè)反應(yīng)堆的相關(guān)信息如表3所示。

表1 Angra-1中產(chǎn)生的廢物

表2 Angra-2中產(chǎn)生的廢物

表3 巴西四個(gè)反應(yīng)堆的相關(guān)信息[13]

（四）其他核工業(yè)發(fā)展輔助機(jī)構(gòu)

獨(dú)居石砂加工工業(yè)設(shè)施。②放射源和設(shè)備（不包括X射線）：巴西國(guó)家擁有約3 400個(gè)醫(yī)療、工業(yè)和研究設(shè)施[14]，在其運(yùn)行過程中使用到放射性物質(zhì)。③含放射性材料的裝置：巴西核工業(yè)中有許多含放射性材料的裝置（磷礦、鋯英石、石油、鉭石、鈮酸鹽等）。

可見，盡管巴西僅有兩座正在運(yùn)行的核電站以及一座即將建成的核電站，但巴西所產(chǎn)生放射性廢物的來源方式復(fù)雜，使得其所產(chǎn)生的放射性廢物種類更為復(fù)雜。因此對(duì)于放射性廢物的處理則需提出更高的要求，不僅需要相關(guān)的法律法規(guī)的約束從而降低放射性廢物的產(chǎn)生，而且也需要相應(yīng)的廢物處理技術(shù)來降低放射性廢物的危害。

三、巴西放射性廢物的處理現(xiàn)狀

（一）巴西的核工業(yè)政策條約

核能的快速發(fā)展對(duì)于每個(gè)國(guó)家來說都是一把雙刃劍，在大力發(fā)展核能的同時(shí)更需要加強(qiáng)對(duì)核能的法律法規(guī)的建設(shè)，否則會(huì)給人類帶來難以預(yù)料的災(zāi)難。巴西在核能研究歷程中也在不斷完善自己的法律法規(guī)來保障國(guó)家核工業(yè)安全，巴西政府出臺(tái)的相關(guān)政策時(shí)間如圖2所示。同時(shí)還簽署了一些國(guó)際核條約（表4），成為其中的條約國(guó)，這也是保證巴西核研究安全運(yùn)行的條件：

表4 巴西簽訂的核公約

（二）巴西核研機(jī)構(gòu)對(duì)放射性廢物處理的研究

巴西國(guó)家所有核研發(fā)活動(dòng)均由政府機(jī)構(gòu)進(jìn)行，它們主要包括CNEN和其下屬的科學(xué)技術(shù)、創(chuàng)新和通信等部門，這些部門負(fù)責(zé)制定國(guó)家的核研發(fā)政策和戰(zhàn)略，并負(fù)責(zé)提供必要的預(yù)算和融資機(jī)制，以使相應(yīng)的研發(fā)項(xiàng)目可行。目前已經(jīng)建立了6個(gè)核研究機(jī)構(gòu)及其研究?jī)?nèi)容如表5所示。

圖2 巴西相相關(guān)政策頒布時(shí)時(shí)間軸

表5 巴巴西的核研究機(jī)機(jī)構(gòu)

（三）巴西放射性廢物的處理

由于巴西核工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，使得放射性廢物的堆積量越來越大，這些放射性廢物如果不能得到有效的處理，將對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來不可忽視的危害。放射性廢物的種類有很多，在2014年，巴西更新了本國(guó)的分類系統(tǒng)[15]，如表6所示。

表6 巴西的廢物分類系統(tǒng)

根據(jù)放射性廢物的物理形態(tài)也可進(jìn)一步將其分為氣態(tài)、液態(tài)以及固態(tài)放射性廢物。巴西對(duì)于放射性核廢物的處理，主要是從放射性廢物的物理形態(tài)入手，針對(duì)不同狀態(tài)的廢物，進(jìn)而采取不同的處理辦法。

1. 氣態(tài)放射性廢物處理

為了最大限度地減少釋放到環(huán)境中的輻射，并防止由于高氫濃度而形成爆炸性混合物，氣態(tài)放射性廢物在排放到環(huán)境中之前，會(huì)從主系統(tǒng)中連續(xù)排出，并在氣體廢物處理系統(tǒng)中進(jìn)行處理[16]。在Angra-1中，氣體廢物處理系統(tǒng)去除裂變氣體，并將它們儲(chǔ)存在氣體衰變箱中。安全標(biāo)準(zhǔn)是假設(shè)1%的燃料因故障而釋放到反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)。

在Angra-2反應(yīng)堆中，為避免輔助系統(tǒng)中的儲(chǔ)罐內(nèi)可能產(chǎn)生的任何高濃度氫氣而形成爆炸性混合物，氣體廢物處理系統(tǒng)通過用氮?dú)獬掷m(xù)吹掃來去除這些廢物，并處理從反應(yīng)堆冷卻劑中釋放的溶解氣體，防止氣態(tài)放射性廢物釋放到環(huán)境中。為此，Angra-2反應(yīng)堆氣體系統(tǒng)有以下任務(wù)：

a. 保留氣態(tài)放射性廢物，直到它們?cè)谂欧诺脚艢鉄焽柚耙呀?jīng)大量衰變；

b. 防止氣態(tài)放射性廢物從部件釋放到大氣中；

c. 限制連接部件中的氫和氧濃度，以防止爆炸性混合物的形成，并減少反應(yīng)堆冷卻劑中氧的存在，但這將導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的腐蝕；

d. 在冷卻劑損失事故后，與氫氣還原系統(tǒng)一起運(yùn)行；

e. 在Angra-2中，根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)的壓力，氣態(tài)放射性廢物通過排氣煙囪連續(xù)釋放到大氣層。

2. 液態(tài)放射性廢物處理

Angra-1和Angra-2的液態(tài)放射性廢物處理和儲(chǔ)存系統(tǒng)旨在收集受控區(qū)域產(chǎn)生的活性和非活性液態(tài)放射性廢物，并在必要時(shí)進(jìn)行處理。此后，根據(jù)核能環(huán)境主管部門（CNEN、IBAMA和州監(jiān)管機(jī)構(gòu)）制定的安全規(guī)則，在符合規(guī)則后將其從核電站排放。

根據(jù)液態(tài)放射性廢物的活性和化學(xué)特性，以下處理工藝可供選擇[17]：

a. 進(jìn)行蒸發(fā)；

b. 化學(xué)沉淀（僅限Angra-2）；

c. 液態(tài)放射性廢物處理和儲(chǔ)存系統(tǒng)旨在將受控區(qū)域產(chǎn)生的液體廢物收集到特定的儲(chǔ)罐中，并將其分離為不同類型的液態(tài)廢物開展進(jìn)一步的處理。

液態(tài)放射性廢物按照其化學(xué)和放射化學(xué)成分分別收集在三組儲(chǔ)罐中（Angra-1的廢物滯留罐、地漏罐和洗衣罐）。

在Angra-2核電機(jī)組中，液態(tài)放射性廢物分為兩組收集；第一組為活性范圍為3.7至3.7×103Bq/cm3的活性液態(tài)廢物，第二組為活性最高達(dá)3.7×10-1Bq/cm3的低水平活性和非活性液態(tài)廢物。在Angra-2，液體廢物處理和儲(chǔ)存系統(tǒng)設(shè)計(jì)為每年處理大約20 000 m3的液體廢物。為了確保工人、人口和環(huán)境免受電離輻射的影響，巴西打算將排放的處理過的液態(tài)放射性廢物收集在監(jiān)測(cè)罐中。再利用循環(huán)和排放泵連接到監(jiān)控罐，以混合液體廢物形式或?qū)⑵浞祷貎?chǔ)存罐。在從監(jiān)控罐中排放之前，在實(shí)驗(yàn)室中采集樣品進(jìn)行分析。根據(jù)分析結(jié)果，再?zèng)Q定液態(tài)放射性廢物的下一步處理過程。如果未稀釋排放液態(tài)放射性廢物的活性濃度超過最大允許值，則觸發(fā)警報(bào)，排放自動(dòng)中斷。在Angra-2核電廠中，只有在使用循環(huán)或廠用冷卻水稀釋之前，未分析混合物中的比活度未超過1.85×10-7Bq/m3時(shí)，才允許將液體廢物排放到環(huán)境中（KTA 3603標(biāo)準(zhǔn)）。

3. 固態(tài)放射性廢物處理

為了減少放射性核素遷移和擴(kuò)散的可能性，并盡量減少固態(tài)放射性廢物對(duì)環(huán)境的輻射影響，Angra-1和Angra-2都配備了固體廢物處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)處理廢樹脂、受污染的濃縮液體廢物過濾器以及工廠運(yùn)行和維護(hù)過程中產(chǎn)生的固體廢物，并將它們固定于特殊包裝中。

在Angra-1中，來自凈化系統(tǒng)的濃縮物、廢樹脂和受污染的過濾器被固定在水泥中[18]，并在規(guī)定的運(yùn)輸和儲(chǔ)存要求內(nèi)，在內(nèi)襯和特殊的200升金屬桶中進(jìn)行處理。不可壓縮的廢物被貯存于特殊的金屬箱中。

在Angra-2中，濃縮物和廢樹脂被固定在瀝青中[19]，并在特殊的200升金屬桶中進(jìn)行處理。不可壓縮的廢物還被調(diào)節(jié)到特殊的金屬箱中，受污染的過濾器被儲(chǔ)存在工廠內(nèi)部的200升金屬桶中，以便進(jìn)一步調(diào)節(jié)。

結(jié)語

本文對(duì)巴西核工業(yè)發(fā)展相關(guān)信息進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)研，主要研究其核工業(yè)發(fā)展進(jìn)程、放射性廢物的來源以及放射性廢物的處理現(xiàn)狀。巴西對(duì)放射性廢物的處理方法主要是根據(jù)其物理狀態(tài)進(jìn)行了區(qū)分：氣態(tài)放射性廢物可通過廢物處理系統(tǒng)處理后再進(jìn)行排放過程，液態(tài)放射性廢物可通過蒸發(fā)和化學(xué)沉淀的方法降低其活性和化學(xué)特性，而固態(tài)放射性廢物可固定于水泥、瀝青以及金屬罐中。

以拉美國(guó)家巴西為典例開展相關(guān)研究，主要目的是了解拉美國(guó)家核工業(yè)發(fā)展的歷史進(jìn)程及放射性廢物處理的相關(guān)現(xiàn)狀等，為其他拉美國(guó)家（如墨西哥、阿根廷、智利、委內(nèi)瑞拉等）核工業(yè)發(fā)展以及放射性廢物處理相關(guān)的研究提供一定的指導(dǎo)與參考。

最后，感謝教育部國(guó)別和區(qū)域研究培育基地—西南科技大學(xué)拉美研究中心2020年專項(xiàng)研究課題（項(xiàng)目編號(hào)：20LM0501）的資助。