高放废物地质处置安全评价指标初探

魏方欣

（环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082）

高放废物主要是指乏燃料后处理产生的高放废液及其固化体，准备直接处置（一次通过式）的乏燃料及相应放射性水平的其他废物，除了高放射毒性和释热量大两个特征外，另一个显著特征是寿命极长，其潜在危害持续时间达百万年之久。《放射性污染防治法》和《放射性废物安全管理条例》要求对此类废物实施集中的深地质处置（深度一般为500～1000 m）。如何确保处置安全评价的可信性是开展高放废物地质处置安全评价需要解决的关键问题之一。选择适宜的评价指标是解决方法之一。国际放射防护委员会（ICRP）、国际原子能机构（IAEA）和一些国家建议在长时间尺度上使用不包括生物圈和人类行为等信息的浓度、通量和特定时间等评价指标［1－2］。本文基于对评价指标国际研发情况的介绍和对辅助指标选取及其与安全之间关系的重点探讨，针对我国高放废物地质处置安全评价指标体系的建立提出建议。

1 地质处置安全评价的长期性和辅助指标的研发现状

根据《放射性废物安全管理条例》规定，放射性废物的安全管理坚持“妥善处置、长久安全”的原则。放射性废物处置的长久安全最终体现为对人员的照射剂量保持在规定的可接受水平之内。ICRP和IAEA建议高放废物地质处置的剂量约束值为0.3 mSv／a，可视为对地质处置安全可接受水平的共识［3］。人员受照剂量的计算涉及废物的放射性源项、人员受照途径和人员辐照效应等信息，由于这些信息的不确定性，造成安全评价结果的可信水平随时间递减。为此，国际上一般采取尽可能全面地分析系统的演化情景和使用不含或少含不确定性信息的评价指标等方法解决安全评价结果的可信性问题。前者可以通过采用系统的景象开发方法实现，而后者则考虑应用浓度、通量和特定时间等不含生物圈信息的评价指标［2］。

ICRP认为，对于长寿命放射性废物，处置遥远未来时期的评价，剂量约束应被视为一种参考水平，而不是表征处置安全水平或判断其是否符合规定的安全要求的指标［1］。IAEA对除剂量之外的评价指标及其在不同时间框架内的适用性进行了专门研究（图1），并建议使用浓度、通量等评价指标提高评价结果的可信水平［2］。一些国家已经开始关注此类指标在高放废物地质处置安全评价中的应用，并在制定的高放废物处置相关法规标准中对地下水、地表水、土壤等载体中的放射性水平和特定核素的浓度提出具体要求［2］，见表1。

图1 安全指标等级

表1 已有的评价指标a

3 评价指标的选取和评价指标体系的建立

3.1 评价指标的选择

表1列出了可用于高放废物地质处置长期安全评价的安全指标和性能指标。这些指标与处置设施安全水平之间的联系与如何选择更适宜的评价指标是建立评价指标体系需要解决的两个关键问题。根据IAEA的定义，评价指标为任何度量处置系统执行其安全功能的能力的特性或后果［2］，包括：可直接测量的处置系统的特性；根据对处置系统的认识获得的特性；通过对处置系统长期演化的计算得到的特性或后果等。同时，评价指标还应允许与一个安全相关的数值或技术标准，以及不同方案之间的比较，并能够利用性评价模型或其他分析方法计算相应的数值。

生物圈载体（包括土壤、地表水和空气等）中的核素浓度（包括活度和总量）更适于作为地质处置长期安全评价的安全指标。浓度通常针对单个核素，而要获得一个与安全直接相关的综合度量需要选择适当的权重分配体系对所有核素加权求和，如个人有效剂量通过剂量转换因子纳入所有相关核素的贡献，而放射毒性浓度的获得则是利用ICRP推荐的核素摄入剂量系数对所有核素浓度的贡献加权求和［8］。

除了可以减少评价结果中的不确定性，利用生物圈载体中的放射毒性浓度作为安全指标的优点还有：（1）废物体内的放射性核素从处置系统的工程屏障中释放到岩石圈或生物圈中，与同处于岩石圈地下水或生物圈地表水中的天然放射核素所处的物理和化学环境相同，分析其中天然放射性核素的行为也有助于了解释放核素在岩石圈、生物圈中的迁移机制；（2）来自处置库的放射性核素作为原有天然放射性核素的增量进入其所处的环境，改变了环境中的天然放射性核素浓度和放射性水平，对地质环境和生物圈环境带来影响，了解和量化这种影响，有助于真实评价特定场址中高放废物处置系统的安全水平。

性能指标可以由核素在特定屏障中的行为获得：（1）屏障中有害物（放射性核素、放射毒性和放射性活度等）的总量；（2）来自屏障的有害物通量；（3）来自屏障的有害物总量；（4）屏障中的有害物浓度；（5）有害物穿过屏障的时间。如图2所示。

3.2 应用浓度等评价指标面临的问题和挑战

虽然使用浓度、通量和特定时间等指标有助于减少地质处置安全评价结果的不确定性和提高安全评价结果的可信水平，但也面临以下问题和挑战。

图2 处置系统性能指标

（1）缺少对指标与人员健康和环境安全相关性的认识。有效剂量与人体健康直接相关，其限值具有广泛的国际认同，但核素浓度、通量等指标与安全之间并无直接相关性，缺少量化的安全标准。

（2）利用天然核素的浓度水平或天然放射性水平作为安全参考值的科学基础尚存疑问：天然辐射水平是否与安全水平对等；有些人工放射性核素在自然界中不存在，无法据此确定相应的安全参考值；生物圈载体中的核素浓度等指标不包含生物圈的信息，但其安全参考值的获得需要预测人员在生物圈中的受照路径，如芬兰监管机构设定的特定核素浓度约束值的获得考虑了已有的剂量约束值和对生物圈中人员受照路径的假设等信息［2］。

3.3 我国地质处置安全评价指标体系的建立

目前，评价指标在我国的应用是高放废物地质处置安全评价研发过程的第一个关节控制点，并已引起广泛关注［3，9］。结合我国高放废物地质处置的研发现状和评价指标应用的介绍与探讨，建议我国在高放废物地质处置安全评价中考虑应用表2中的辅助指标，并随着认识的深入和场址调查工作的进一步开展，将这些评价指标体现在高放废物地质处置的安全标准中。

关于安全指标的参考值，生物圈水域中的放射毒性浓度和来自岩石圈的放射毒性通量，可根据处置库特定场址中与处置库安全相关的天然放射性核素的浓度确定（包括U、Th天然衰变链和40K、87Rb等），相应的公式为：生物圈水域中的放射毒性浓度（Sv／m3）＝ ∑j核素j的放射毒性浓度（Sv／m3）＝∑j核素j的活度浓度（Bq／m3）× 摄入剂量系数（Sv／Bq）＝ ∑j元素（j）的质量浓度（g／m3）× 核素j的丰度 × 核素j的比活度（Bq／g）。根据欧洲的研究结果［19］，生物圈水域中放射毒性通量的参考值可选为2.0×10－5Sv／m3，来自岩石圈的放射毒性通量的参考值取为60 Sv／yr。

表2 关于我国地质处置安全评价指标体系的建议

4 结论与展望

选择适宜的评价指标是开展放射性废物处置安全评价并获得可信水平较高的评价结果的基础。由于高放废物地质处置安全评价的极长时间尺度所致的对生物圈和人类行为预测的极大不确定性，只使用有效剂量评价处置系统在遥远未来的性能与安全受到越来越多的质疑［10］，而生物圈或处置库各屏障中的放射性浓度、通量和特定时间等物理量不包含生物圈演化、人员受照途径等不确定性较大的信息，且易于为公众理解和接受，将其作为评价指标用于高放废物地质处置安全评价中的做法受到越来越多的关注，并已在一些国家的法规和实践中得到实施。

本文介绍了评价指标在国内外高放废物地质处置安全评价中的应用和研发状况，对生物圈载体中放射毒性浓度、通量等指标与安全的相关性及其应用中所面临的问题进行了探讨，并建议我国在高放废物地质处置安全评价中考虑应用放射毒性浓度和通量、各屏障内外的核素总量、屏障内水域中的浓度和通过屏障的通量与时间等指标。针对此类指标应用中存在的问题，在未来的工作中应重点研究建立辅助指标与人员健康和环境安全之间的关系，如日本在地质处置安全评价的实践中利用世界卫生组织制定的饮用水标准作为核素浓度的参考值进行处置库安全判断是有益的尝试。

［1］ICRP.Radiation Protection Recommendations as Applied to the Disposal of Long－lived Solid Radioactive Waste［R］.ICRP Publication 81，2000.

［2］IAEA.Issues relating to safety standards on the geological disposal of radioactive waste［R］.TECDOC－1282，2002.

［3］陈 式.放射性废物安全通论［M］.北京：原子能出版社.2006.

［4］Channell JK.International Symposium on Radioactive Waste Disposal：Health and Evironment Criteria and Standards［C］.Stockholm，Sweden，1998.

［5］US EPA.Environmental radiation protection standards for management and disposal of spent nuclear fuel，high－level and transuranic radioactive wastes［Z］.40 CFR Part 191.1995.

［6］UK AEA－SRD.The assessment of individual and social risks［Z］.1984.

［7］Liljenzin JO，Rydberg J.Risk from Nuclear Waste［R］.SKI Report 96：70，1996.

［8］Becker DA，Buhmann D，Storck R，et al.Testing of safety and performance indicators（SPIN）［R］.European Commission，2003.

［9］李金轩，钱七虎，罗嗣海，等.高放废物地质处置系统安全评价及其指标体系［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（7）：1193－1197.

［10］Falck WE，Nilsson KF.Geological Disposal of Radioactive Waste：Moving Towards Implementation.JRC Reference reports［R］.European Commission Joint Research Centre Institute for Energy，2009.