核能开发等活动产生的放射性废物,从体积上看,95%以上都属于低、中放废物,其所含的放射性核素最终被固结在固化体中,封装在包装容器内之后,选择好地方,把它们埋藏在专门的混凝土构筑物内,即低、中放废物处置场。处置场的底部做过很多的处理,有承重、防渗、集水、吸附放射性核素等功能。
核工业界对低、中放废物处置场从选址、设计、建造到关闭,以及关闭之后的监护和监督都作了精心的安排。现在,世界上已建造了一百多个低、中放废物处置场。我国已在甘肃、广东和四川建造了3个低、中放废物处置场。实践证明,这种按照国际通用标准建设的处置场,对低、中放废物实行安全隔离是有保障的,可以保障人类和环境安全的。
媒体上经常提及的核废料实际上被核工业界称为乏燃料(spentfuel),即从核电等反应堆内卸出且不再使用的核燃料,通俗来讲就是使用过的核燃料(usedfuel)。对于那些将乏燃料不再进行处理,而是直接处置的国家而言,乏燃料则被视为高放废物,如瑞典、芬兰、加拿大等。对于那些将乏燃料还要进行处理的国家而言,乏燃料就不是高放废物,而被视为一种资源,如法国、英国、俄罗斯、日本、印度等。当然,我国也是采用乏燃料后处理的国家之一。后处理就是对乏燃料进行剪切与溶解、去污、分离、纯化回收等步骤,通过这些步骤处理乏燃料不仅可以大幅提高铀资源利用率,更重要的是还可以大幅减少废物体积。
裂变反应产生的放射性核素虽有百余种,但是,大多数核素的寿命比较短,由于不断衰变,大多数核素逐渐变成了无害物质。废物处理中必须重视那些长寿命核素(如镎-237、钚-239、锝-99、碘-129等)。乏燃料经过处理后,将其中的铀、钚材料与裂变产物等实现分离,分离净化后的铀、钚材料可以再利用,含有裂变产物、次錒系和超铀元素的废液经浓缩处理后形成高放废液,高放废液与玻璃体熔融在一起,注入专用的不锈钢容器内形成玻璃固化体,即所谓的高放废物,贮存一段时间后,等待最终的深地质(通常认为大于300米的地下场所)处置。把这些乏燃料和高放废物存放在稳定地质构造中人工建造的地下储存库(repository)是一种可行的方案,这便是高放废物的最终处置方式,即深地质处置。在深地质处置中,盛放在容器中的乏燃料或高放废物被以某种方式密封,存放在隧道里。
除了高放废物的深地质处置路径之外,分离-嬗变也是一种正在开发研究的技术。简单说就是用中子去打那些放射性原子核,人工诱导把长寿命核素转变成短寿命核素或稳定同位素。分离-嬗变技术的优点是:一是使长寿命废物嬗变成短寿命废物,大大降低放射性毒性,大大减轻深地质处置的负担;二是实现清洁能源,促进核能可持续发展;三是提高铀资源利用率。相信不久的将来,这项技术可达到工程示范的规模,实现商业应用。
美国很多核电站卸出的乏燃料也是先存放在反应堆旁的水池内,经过一段时间的冷却后,乏燃料被转移到干式贮存库存放,这样的贮存方式仅依靠自然冷却即可保证乏燃料的温度不会升高,实现自然的热平衡。当然,乏燃料或高放废物在未来的深地质处置库内存放,其衰变热的导出以及实现自然的热平衡也是设计考虑的因素之一,经过试验模拟和程序计算,乏燃料和高放废物的衰变热对其本身、包装材料、回填材料和岩体的影响极有限,完全可控。