高水平放射性废物处理处置标准分析

刘立坡，李筱珍，靳立强，刘富贵

(核工业标准化研究所，北京 100037)

高水平放射性废物(以下简称“高放废物”)指活度浓度高于 4×1011Bq/kg，或释热率大于 2 kW/m3，需要更高程度的包容和隔离，应采取深地质处置方式处置的废物[1]。高放废物主要包括高水平放射性废液(以下简称“高放废液”)和高水平放射性固体废物(以下简称高放固体废物)。高放废液主要指处理乏燃料的去污分离循环产生的含大部分裂变产物和少量锕系元素的废液。高放固体废物主要来源于乏燃料处理设施运行、退役产生的废结构料、废包壳等[2]。高放废液目前可采用三级蒸发等方式进行处理，蒸残液经暂存后最终进行玻璃固化。高放固体废物经解体、干燥、装桶、焊封后转运至暂存库暂存，将来进行深地质处置[3]。有关这两种高放废物的处理处置标准是国际国内放射性废物管理的重要内容。

1 高放废物处理处置标准的重要性

高放废物中含有镎、钚、镅、锝等放射性核素和大量裂变产物，具有放射性强、毒性大、半衰期长、酸性强和腐蚀性大等特点，一旦进入人类生存环境，危害极大且难以消除，可持续到上万年甚至百万年，涉及代际公平和长期安全，与核事故并列为影响核能发展的两大主要安全问题。高放废物的处理处置是一项系统工程，需要利用系统思维建立以高放废物处置为目的的全寿期管理机制，进而规范化管理高放废物的处理处置工作。标准作为高放废物全寿期管理的有力抓手，是科研生产经验的凝练和结晶，代表着最新科学技术水平，是开展高放废物处理、整备、贮存、处置等工作的技术依据。按照标准开展高放废物处理处置工作，是实现人员防护、环境保护以及良好经济性的重要保障，可以避免“一事一议”、“走弯路”等情况，可有效的促进高放废物处理处置工作科学化、规范化开展。例如，高放废液分析方法标准是在实践经验的基础上，经实验室间比对形成的，是进行废液中镎、钚等核素分析工作的技术依据。按照标准的方法开展取样和分析工作，获得的源项数据才是准确的、可靠的，才能满足贮存和处理的要求。否则源项数据将不可信，为贮存及后续的处理带来极大的不确定性。

2 国外高放废物处理处置标准现状

国际原子能机构( IAEA) 是制定放射性废物安全标准的主要国际组织，其制定的标准在世界范围内得到广泛采纳。IAEA 专门成立了废物安全标准顾问委员会，组织编制和审评废物安全标准。目前IAEA 已经制定和正在制定的废物安全标准和相关文件有上百项，其中与高放废物处理处置相关的主要标准和技术文件涉及处置前管理基本要求、高放废液固化、固化体性能要求及相关检验方法、固体废物接收、回取、贮存以及深地质处置等。美国也制定了比较全面的放射性废物管理标准及大量文件。其中美国能源部(DOE)是美国制定放射性废物管理法规和标准最多的政府机构，制定的与高放废物处置前管理相关的主要标准涉及高放废物处置前管理、处置容器设计、处置场所适宜性评价等要求。另外国际标准化组织(ISO)也制定了2项高放废液固化相关标准。高放废物处置前管理相关标准清单列于表1，处置相关标准清单列于表2。

表1 国外涉及高放废物处置前管理相关标准

表2 国外涉及高放废物处置相关标准

国际上先进标准的体系性和延续性一直保持较好状态，通过技术委员会或专门的机构对标准进行分类、分级管理，并通过有效的相互引用机制，进一步加强了标准的执行力。我国高放废物处理处置工作起步较晚，在科研生产中积极参考使用国际/国外先进标准，特别是IAEA安全标准，在我国采用率非常高。随着我国核领域相关标准化委员会、专业标准化机构的成立，我国陆续将部分国际/国外标准转化为我国的核安全导则和标准，以达到与国际接轨和适应国内情况的双重目标。如编制HAD 401/06—2013《高水平放射性废物地质处置设施选址》参考了IAEA.SSR-5(2011)；编制HAD 401/10—2020 《放射性废物地质处置设施》参考了IAEA.SSG-14(2011)；编制NNSA-HAJ-0001—2020《放射性废物处置安全全过程系统分析》参考了IAEA.SSG-23(2012)；编制EJ/T 20012—2012《高放废物处置前管理技术规定》参考了WS-G-2.6(现已并入GSR Part 5)、DOE M 435.1-1、DOE G 435.1-1等文件；编制我国现行的废物分类办法参考了IAEA.GSG-1(2009)等。

3 我国高放废物处理处置标准现状

3.1 标准体系结构图

标准体系是现有、应有和预计制/修订标准的蓝图，是开展标准体系建设的基础和前提，是开展标准制/修订工作的重要依据。我国现有的放射性废物管理标准体系是2000年由原国防科工委组织编制的，标准体系层级划分比较简单，远不能适应当前情况。近年来核工业标准化机构对放射性废物管理标准体系开展了顶层设计研究，初步提出了标准体系结构图。对于高放废物处理处置而言，标准体系结构按照序列结构划分，即废物的产生、分类、收集、处理、贮存、运输、处置等全寿命周期，示于图1。

图1 高放废物处理处置标准体系框架图

3.2 现有标准情况

作为高放废物全寿期管理的有力抓手，加强高放废物处理处置标准的建设工作，重要性不言而喻。我国的法律法规，如《中华人民共和国放射性污染防治法》、《放射性废物安全管理条例》等法律法规都明确规定了高放废物的处理、整备、运输、贮存、处置在内的所有行政和技术活动都要符合严格的标准。而目前我国绝大多数的废物处理处置标准是针对低中放废物编制的，仅存在部分较为通用的标准和极少数针对性较强的标准适用于高放废物处理处置，具体情况列于表3。

表3 我国高放废物处理处置标准现状

3.3 标准现状分析

3.3.1标准缺项严重

从表3中不难发现，目前我国只是针对高放废物处置前管理、α废物处置前管理、高放废液贮存等方面制定了针对性较强的标准，其他都是适用于高放废物处理处置的通用标准，远不能满足实践工作的需求。由于高放废物深地质处置库尚未建成，加强高放废物处置前管理(成份分析、整备、贮存等)以及高放废物处置概念设计、场址调查与特性评价和地下实验室建设等方面的标准建设已成当务之急。当前高放废物处理处置标准体系中，缺少高放废物处理处置工程经济、高放废液成份分析、高放废液固化体性能要求及检验方法、高放废液固化体包装贮存、高放废物深地质处置等方面的标准，不利于高放废物处理处置工作安全、经济地开展。

3.3.2部分标准内容陈旧

随着新废物分类办法的颁布和高放废物处理处置水平的提升，部分标准的内容已不能完全适用，需要进行修订。如GB/T 4960.8—2008《核科学技术术语 第8部分：放射性废物管理》，需要按照新的放射性废物分类办法以及放射性废物管理的最新技术发展情况进行修订，增加玻璃固化、深地质处置等方面的术语；EJ/T 20012—2012《高放废物处置前管理技术规定》、GB 11929—2011《高水平放射性废液贮存厂房设计规定》，需要补充贮罐内设置冷却蛇管、空气搅拌，防止高放废液自沸和沉淀，采取防临界措施，方便检查大罐腐蚀程度的措施等要求；GB 14500—2002《放射性废物管理规定》，需要按照GB 11806—2019《放射性物品安全运输规程》修改废物转运、人员资质、应急措施等相关要求，增加近年来已得到广泛应用的技术要求(如玻璃固化技术)，调整固体废物包贮存期和贮存环境要求，增加深地质处置库废物接收基本原则等内容。

4 高放废物处理处置标准需求分析

高放废物处理处置标准化的核心是规定高放废物处理处置各阶段各步骤的安全要求和具体的操作要求，规范高放废物成份分析、处理、整备、贮存、运输以及处置等活动，使相关活动在标准的要求下安全经济地进行。至于高放废物处理处置的责任、总体规划、经费筹措和资金支持机制等法规建设问题，在相关文献[4-5]中已分析过，本文重点分析高放废物处理处置标准需求，主要包括高放废液成份分析、高放废液固化体性能要求及检验方法、高放固体废物包装贮存、高放废物处理处置工程经济标准、高放废物深地质处置标准。

4.1 高放废液成份分析标准

高放废液具有强放射性、毒性高、含盐量高、化学成分复杂等特点，产生的高放废液暂存在高放废液暂存设施内，此类设施属于一级安全风险点，除了对储存罐及相关配套设施进行安全监护外，还需对高放废液中放射性核素进行分析，以确保设施的安全以及为玻璃固化提供准确的源项数据。高放废液中的化学组成及放射性核素组成直接或间接影响玻璃固化体的配比，是影响玻璃固化配方的一项重要指标。高放废液分析方法原理简单，但操作难度太大，应在试验验证所取得经验的基础上，按照难易程度分阶段开展高放废液中硝酸根、铁、磷、99Tc、总U、137Cs、90Sr、总α、总β、237Np、Pu同位素、241Am等核素分析方法系列标准的编制工作。

4.2 高放废液固化体性能要求及检验方法标准

高放废液固化工艺包括玻璃、岩石、陶瓷等，目前比较成熟并在工程中广泛应用的固化工艺为玻璃固化。玻璃固化体在漫长的地质处置过程中，如果与地下水接触而发生反应，将导致玻璃固化体中核素浸出，污染地下水。要使玻璃固化体能够长期包容和隔离高放废物，要求玻璃固化体有良好的化学稳定性、机械稳定性、热稳定性和辐照稳定性[6]。法国、日本等国都采用玻璃固化技术处理高放废液。我国自20世纪70年代开始就从事高放废液玻璃固化研究工作，到目前为止已开展了玻璃固化配方、工艺、设备、过程控制和固化体性能测试等方面的技术研究。2009年我国同德国正式签订高放废液玻璃固化工程技术引进合同，开始高放废液玻璃固化项目工程建设项目，目前正准备开展热试。高放废液玻璃固化工作迫在眉睫，但与之相对应的标准相对匮乏，尤其是缺少高放废物玻璃固化体性能要求标准，缺少玻璃固化体的性能要求和检验方法依据，给如何判断玻璃固化体是否合格，如何检验带来难题。

4.3 高放固体废物包装贮存标准

我国针对低中放废物，制定了《低、中水平放射性固体废物容器钢桶》(EJ 1042—2014)等近10项容器方面的标准，低中放废物容器标准基本健全。而在高放废物盛装容器方面，我国尚未制订任何的国家标准和行业标准(中核集团制订了企业标准)，特别是在高放废物尚无处置出路的情况下，废物的贮存、运输的安全性暂无保障，亟需制订高放固体废物容器标准、高放废液玻璃固化体的包装容器标准，提升高放固体废物、玻璃固化体的贮存和运输的安全性。另外高放玻璃固化体在送往深地质处置场之前要进行暂存和充分冷却，这是一个必要的工艺过程，未来玻璃固化体暂存将有显著的需求。目前我国只有GB 11929—2011一项标准，国外有关玻璃固化体中间暂存的标准也不完整，需要加强暂存库相关标准研制工作。

4.4 高放废物处理处置工程经济标准

上世纪90年代初，原中国核工业总公司组织建立起来的核工业费用标准体系(包括《核工程专业预算定额(1990年)》(共四册)、《核工业建筑安装工程概算定额(1993年)》(共六册)、《核工程投资估算指标》(共二册)、《核工业建筑安装工程费用定额(1995年)》和《核工程建设概算编制暂行规定(1995年)》)，在当时对于核工程的工程造价及费用控制工作发挥了重要作用[7]。近年来随着工程建设的发展、国家相关政策及管理要求的变化，具体建设费用的组成及测算方法发生了较大的变化。原有的核工业费用标准体系，无论预算定额、概算定额、估算指标、其他费的划分取费等，均已不适应我国放射性废物处理处置建设项目的发展现状，尤其是高放废物处理处置工作。高放废物处理处置难度大，危险性高，投资规模大，费用的组成与一般固定资产投资项目有着很大的差异性，应提前开展放射性废物处理处置工程建设项目费用相关标准的预先研究。

4.5 高放废物深地质处置标准

我国高放废物深地质处置目前处于选址阶段，概念设计、场址调查与特性评价、地下实验室建设是重点工作。高放废物深地质处置标准目前只发布了少数几项企业标准，在深度、广度上都还无法满足高放废物深地质处置对标准的需求，该领域标准“基本空白”的状况是我国高放废物深地质处置研发工作的瓶颈，高放废物深地质处置工作的安全性、经济性缺少法规标准的支撑。作为国家重大核环保工程项目，我国高放废物地质处置研发工作已经进入地下实验室工程建设准备的关键阶段，因此，形成一系列方法成熟、技术先进、成果数据可靠、操作性强的技术标准，支撑和指导后续科技研发工作的开展，从而为后续场址比选、特性评价和安全全过程系统分析提供依据已经迫在眉睫。

5 高放废物处理处置标准化工作的建议

5.1 率先完善高放废物处理处置标准体系表

对高放废物处理处置标准体系结构图(初稿)进行细化，编制标准明细表。一是系统分析高放废物处理处置相关政策和技术路线，明确该领域标准体系建设的愿景、近期拟达到的目标。二是根据GB/T 13016—2018《标准体系构建原则和要求》等标准的要求，基于高放废物处理处置科研生产实践，细化该领域标准体系框架结构。三是开展标准需求分析，研究提出高放废物处理处置科研生产亟需、配套重大工程重大项目的技术标准，将与法律法规和强制性国家标准规定的要求相配套的技术标准纳入标准明细表。四是开展适用性分析，分析核工业标准、国内通用工业标准、以及ISO、IAEA、IEC、美国、法国、英国、日本等技术较为先进的国际标准和国外标准，研究其对高放废物处理处置标准的适用性，适用标准纳入标准明细表。

5.2 及时修订不适用标准

梳理分析与高放废物处理处置相关的政策法规变化以及新技术发展，分析提出技术内容落后或不适用的现有标准(如GB/T 4 960.8—2008、EJ/T 20012—2012、GB 11929—2011、GB 14500—2002等)，研究确定待修订(或需增加)的核心技术指标，分析这些核心指标涉及的标准以及标准之间的关系，尽快研究提出高放废物处理处置标准修订计划，并按照计划开展相关标准修订工作。

5.3 优先编制高放废液成份分析标准

开展高放废液中硝酸根、铁、磷、99Tc、总U、总β、137Cs、90Sr、总α、237Np、Pu、241Am等核素分析方法系列标准的编制工作，规定各类分析方法的试剂和材料、仪器和设备、取样规则、试验步骤、试验数据处理、精密度等要求，为分析工作的开展提供标准支撑。

5.4 加快编制高放废液固化体性能要求及检验方法标准

开展高放废液固化体性能要求及检验方法标准编制工作，规范玻璃固化体的物理性能、抗浸出性能、热性能、耐辐照性能、高温粘度、高温电阻率及相应的检验方法，确保产生的高放废液玻璃固化体满足贮存、运输、处置安全目标。

5.5 提前布局高放废液固化体包装贮存标准

开展高放固体废物容器标准、高放废液玻璃固化体的包装容器标准的编制工作，提升高放固体废物、玻璃固化体的贮存和运输的安全性。开展高放玻璃固化体中间贮存库设计标准的研究和制定，以便指导设计，明确设施选址、安全准则、安全分析和设计方法[7]。

5.6 关注高放废物处理处置工程经济标准的预先研究

开展放射性废物处理处置工程建设项目《预算编制方法》、《费用性质及项目划分规定》、《其他费用编制规定》、《预算定额》、《概算定额》、《估算指标》等真实地反映放射性废物处理处置建设项目费用需求的标准预先研究，为具体的标准制定工作奠定基础，以利于在建设期间更好地进行费用控制。

5.7 探索性开展高放废物深地质处置标准预先研究与编制

为规范深地质处置活动，配套实施《放射性废物安全管理条例》以及相应的法规导则，现阶段主要聚焦高放废物深地质处置安全要求、高放废物深地质处置库场址特性评价、高放废物处置地下实验室安全、高放废物地质处置工程设计以及地下实验室水文地质特征、地质处置缓冲材料、抗震设计等标准的研制工作。