高放射性核废料地质处置环境中钛处置罐腐蚀研究的进展

1前言 发展核电清洁能源是中国能源结构调整的主要方向，然而随着核电站数量的不断增加，核废料的产量也将大大提高。核废料处理不当会导致高放射性物质的泄露，对环境和人畜都造成极大的危害。因此，高效处理核废料已成为国家核能工业面临的最重要问题之一。科学家们曾提出过多种核废料的处理方案，主要包括：地层深埋、太空处置、海床下储存及冰冻处理等。

高放射性废物处理

乏燃料送后处理厂经处理．其中97％可循环再用。剩余的3％是高放射性废物。世界各国几十年来对高放射性核废料处理技术进行了广泛的研究．经过对各种方法评估比较后，深地质处置法成为最佳选择，即将高放射性核废料保存在深入地下几百m的特殊处置库内。

欧洲多国将建地下深层储存库埋放核废料

欧洲多国将在未来15a内建设一批地下深层储存库．用来“永久”埋藏高放射性核废料。这些国家包括法国、瑞典和芬兰，而瑞士和英国也准备效仿此举。在欧洲15个国家中共有145座核反应堆，核电占欧洲电力生产近1／3。

核废料处理已成为全世界无法摆脱的危险重负

如果说重大核事故只是小概率的极端恐慌事件，那么核废料污染则是一直伴随人类的难以卸掉的危险重负。目前全世界443座核反应堆已积累了36×10^4t致命的高放射性核废料（致命放射性污染可持续10万年以上），而且还在以每年1．2×10^4t的速度增长。目前全世界没有一个国家找到了绝对安全、永久处理高放射性核废料的方法。核废料泄漏事故更是时有发生。2014年2月14日美国位于地下655m深处的军用中、低放核废料储藏室就发生了一起严重的泄漏事故。

欧洲多国将建地下深层储存库埋放核废料

欧洲多国将在未来15 a内建设一批地下深层储存库,用来＂永久＂埋藏高放射性核废料。这些国家包括法国、瑞曲和芬兰,而瑞士和英国也准备效仿此举。在欧洲15个国家中共有145座核反应堆,核电占欧洲电力生产近1/3。

美国能源部组织开展深钻孔试验探索核废料地质处置

1月5日，美国能源部（DOE）选中一支由巴特尔研究所牵头的团队在北达科他州Rugby地区开展结晶基底岩层深钻孔现场试验，钻孔深度超过1．6万英尺。潜在的用途包括高放射性核废料的地质长期处置和地热能源开发。现场试验将为跨学科的地下科学与工程挑战提供新的认知，如钻孔技术、井眼的稳定性和密封性以及地下表征等。项目参与机构还包括北达科他大学、斯伦贝谢公司、瑞士Solexperts公司。

富钙钛锆石的合成

铀钚的高放射性核废料 (HL W)的固化是目前一个十分值得关注的课题 ,人造岩石作为固化基材是一种可行的方法。研究了固相反应法和液相反应法合成钙钛锆石的工艺条件 ,获得了合成富钙钛锆石较佳的工艺条件。实验结果表明 ,2种方法均能合成纯度较高的钙钛锆石 ,可以利用富钙钛锆石作为固化放射性核素 U、Pu的固化基材 ,但是 ,固相反应法的工艺简单 ,原料易得且价格较低 ,合成钙钛锆石的纯度较高 。

热–水–应力耦合模型及FEBEX原位试验二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,提出了一个饱和–非饱和孔隙介质中且可考虑膨胀应力的热–水–应力耦合模型,并编制了相应的二维有限元程序。以高放射性核废料地质处置的FEBEX原位试验为模拟对象进行了数值分析,比较了实测值和计算值,从而验证了程序的正确性并从分析结果中得到了一些有益的认识。

不同场热—水—应力耦合过程二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,提出了一个饱和—非饱和孔隙介质中的热—水—应力耦合模型和开发了相应的有限元程序。为验证本耦合模型及程序的可靠性和重点探讨不同场的热—水—应力耦合过程,以高放射性核废料地质处置的Prototype Repository Project(PRP)原位试验为模拟对象,对一个处置试验坑道近场进行了水单场、热—水耦合、水—应力耦合、热—应力耦合和热—水—应力耦合条件下的数值分析,考察了工程屏障及围岩中的温度、饱和度及应力的变化、分布情况,并得出了一定的认识。