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學科:核地質學


詞目:深地質處置


英文:deep geological disposal


釋文:深地質處置是在深部地質體中建造洞穴,將放射性廢物永久隔離的處置方法。包括深部鑽孔處置和深部礦山式處置,前者處置深度達數千米,後者一般為300~1500米。處置庫圍岩包括花崗岩類、粘土岩、凝灰岩和岩鹽等,被處置的廢物為高放廢物玻璃固化體、乏燃料和α廢物等。對放射性廢物進行深地質處置是一項複雜的系統工程。在技術上包括選址和場址評價、建造地下實驗室及設計、建造、運行和關閉的處置庫。被認為深地質處置是安全處置高放廢物最現實可行的方法。

1 深地質處置 -背景


長壽命核廢料(包括乏燃料)必須長期同人類和環境隔絕。把這些廢料存放在穩定地質構造中人工建造的地下儲存所(repository)是一種可行的方案。[2] 國際裂變材料專門委員會(International Panel on Fissile Materials)曾表示:
「廣泛接受的看法認為,乏燃料、核燃料再處理的高放射性廢物以及鈈廢料需要在妥善設計的場所存放幾萬年到一百萬年,以減少其放射性對環境的污染。同時,必須確保鈈和高濃縮鈾不被用于軍事目的。一個基本的共識是,把乏燃料存放於地下幾百米的儲存場所要比將其堆放在地表更安全。」[3]
非洲克洛天然核反應堆證實了天然地質構造可以有效地隔離放射性核廢料。在其運轉過程中,該反應堆共產生了5.4噸裂變產物、1.5噸鈈以及其他超鈾元素。這些鈈和其他超鈾元素至今仍存在於奧克洛的鈾礦中,時間跨度長達20億年。[4] 考慮到該鈾礦經常被地下水浸潤,加之鈾礦石並非以化學惰性形態存在(比如玻璃態),這相當不同尋常。
地質處置安全,技術上可行,不污染環境已經是專業人士由來已久的共識。但是,許多國家的公衆對此仍有疑慮。[5] 深地質處置支持者們面臨的挑戰之一是證明一個儲存所必須長時間可靠,且將來可能的泄露不會對人類健康和環境造成影響。
核燃料再處理並不能減少深地質處置的必要性,但卻能夠減少核廢料的體積以及中長期放射性和衰變熱。另一方面,核燃料再處理也無法消除儲存所選址的政治和社區風險。[3]
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2 深地質處置 -研究場所


深地質處置已經有幾十年的研究歷史。實驗室測試、探井已經積累了很多數據;建造和運營地下實驗室並展開大規模存儲實驗也在進行中。[6] 世界各國的主要地下研究機構見下表。
國家機構名稱地點地質條件深度運營狀態
比利時海姿地下研究機構(HADES Underground Research Facility)摩爾(Mol)黏土223米1982年開始運營[6]
加拿大AECL地下實驗室(AECL Underground Research Laboratory)皮納瓦(Pinawa)花崗岩420米1990-2006年[6]
芬蘭昂加洛乏燃料儲存所(Onkalo spent nuclear fuel repository)奧爾基洛托(Olkiluoto)花崗岩400米在建[7]
法國默茲-豪特-馬恩地下實驗室(Meuse/Haute Marne Underground Research Laboratory)比爾 (默茲省)泥岩500米1999年開始運營[8]
日本幌延町地下實驗室(Horonobe Underground Research Lab)幌延町沉積岩500米在建[9]
日本瑞浪市地下實驗室(Mizunami Underground Research Lab)瑞浪市花崗岩1000米在建[9]
韓國韓國地下研究隧道(Korea Underground Research Tunnel)花崗岩80米2006年開始運營[10]
瑞典阿斯波硬岩實驗室(Äspö Hard Rock Laboratory)奧斯卡杉核電站(Oskarshamn Nuclear Power Plant)花崗岩450米1995年開始運營[6]
瑞士格里姆塞爾試驗場(Grimsel Test Site)格里姆塞爾關(Grimsel Pass)花崗岩450米1984年開始運營[6]
瑞士泰利山岩石實驗室(Mont Terri Rock Laboratory)泰利山粘土岩300米1996年開始運營[11]
美國瑜伽山核廢料儲存所(Yucca Mountain nuclear waste repository)內華達州凝灰岩/熔結凝灰岩50米1997-2008年[6]
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3 深地質處置 -儲存場所


國家機構名稱地點廢料類型地質條件深度運營狀態
阿根廷德爾梅地奧山(Sierra del Medio)蓋斯特雷村(Gastre])花崗岩擬議中[12]
比利時高放射性廢物黏土~225米擬議中
加拿大安大略電廠深地質儲存所(Ontario Power Generation's Deep Geologic Repository)安大略省200,000 立方米低及中低放射性廢物石灰岩680米2011年申請執照[13]
加拿大乏燃料擬議中
中國擬議中
芬蘭VLJ奧爾基洛托核電站(Olkiluoto Nuclear Power Plant)低及中低放射性廢物英雲閃長岩60–100米1992年開始運營[14]
芬蘭洛維薩(Loviisa)低及中低放射性廢物花崗岩120米1998年開始運營[14]
芬蘭昂加洛乏燃料儲存所(Onkalo spent nuclear fuel repository)奧爾基洛托核電站(Olkiluoto Nuclear Power Plant)乏燃料花崗岩400米在建[7]
法國高放射性廢物泥岩~500米選址中[8]
德國阿西二號鹽礦(Schacht Asse II)下薩克森鹽穹750米1995年關閉
德國Morsleben)薩克森-安哈爾特40,000立方米低及中低放射性廢物鹽穹630米1998年關閉
德國格爾雷本(Gorleben)下薩克森高放射性廢物鹽穹擬議中,計劃暫停
德國康拉德鹽礦(Schacht Konrad)下薩克森303,000立方米低及中低放射性廢物沉積岩800米在建
日本高放射性廢物擬議中[15]
韓國慶州市低及中低放射性廢物80米在建[16]
瑞典SFR福斯馬克(Forsmark)63,000立方米低及中低放射性廢物花崗岩50米1988年開始運營[17]
瑞典福斯馬克(Forsmark)乏燃料花崗岩450米2011年申請執照[18]
瑞士高放射性廢物粘土選址中
英國高放射性廢物擬議中[19]
美國廢物分離中試廠(Waste Isolation Pilot Plant)新墨西哥州超鈾元素核廢料鹽床655米1999年開始運營
美國瑜伽山核廢料儲存所(Yucca Mountain nuclear waste repository)內華達州70,000噸高放射性廢物凝灰岩/熔結凝灰岩200-300米2010年計劃取消
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4 深地質處置 -一些儲存所的現狀




在建的芬蘭奧爾基洛托核電站儲存所的結構圖。
德國下薩克森的阿西二號鹽礦座落於阿西山中,自1965年以來被用作研究用途。1967年到1978年放射性廢物被儲存在該礦中。有研究指出,1988年以來該儲存所一直在泄露被銫-137、鈈和鍶等核素污染的鹽水;但直到2008年6月這一發現才被公諸於世。[20]
位於德國薩克森-安哈爾特州的莫斯雷本放射性廢物儲存所也是一座廢棄的鹽礦。1972–1998年此礦被用於儲存核廢料。2003年以來,該礦一共澆築了480,000立方米的混凝土來穩定穹頂,否則鹽穹可能塌方。
美國新墨西哥州的廢物分離中試廠1999年正式運營。此廠位於卡爾斯巴德附近的地下鹽層中。[21]
有人曾提議在澳大利亞和俄羅斯建立國際高放射性廢物儲存所。[22][23]但是,該消息在澳大利亞引發公衆持續抗議,儲存所的建設基本成為泡影。
1978年,美國能源部開始研究內華達核試驗場附近的瑜伽山用於長時間地質儲存乏燃料和高放射性核廢料的可行性。此計劃遭到了內華達州核計劃局(亦稱為「核廢料計劃辦公室」)以及其它一些組織的法律挑戰而嚴重拖延。[24] 奧巴馬總統上台後,於2009年在其年度預算中拒絕向該計劃撥款,並稱其政府將考慮新的核廢料處置戰略。[25] 2009年3月5日,美國能源部長朱棣文在美國參議院作證時說,瑜伽山作為核廢料儲存所已經不再是選項之一。[26]至此,至少在奧巴馬任內,瑜伽山儲存所計劃已經壽終正寢。


瑞典KBS-3型核廢料密封容器。
在德國,關於核廢料最終儲存所的政治辯論相當激烈,[27] 特別是下薩克森格爾雷本(Gorleben)村村民激烈反對。[28] 在兩德統一之前,格爾雷本村位於西德邊境,人煙稀少,經濟困頓。但在統一之後,該村現在幾乎位於德國的中心地帶。2010年,默克爾政府決定重新開始格爾雷本作為核廢料儲存所的早期研究工作。[27]
在目前幾個擬議建立深地質處置機構的國家中,[29] 芬蘭的昂加洛乏燃料儲存所最接近於投入使用。其第一批廢料埋藏預定在2020年左右,現在還在等待最終批准。瑞典對乏燃料的深地質處置也走在前列。其國會認為,使用KBS-3技術埋藏乏燃料很安全。
2008年,英國環境、食品和農村事務部(Defra)發表了名為「安全管理核廢料」的白皮書。[30]同其它發達國家不一樣的是,英國的計劃強調自願甚於地質結構的適用性。2012年6月,英國地質調查局找到了三處可能適合存放核廢料的地質結構。2013年1月,英國將決定是否進行下一步。

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