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深地质处置

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在位于新墨西哥州卡尔斯巴德（Carlsbad）的“废物分离中试厂”，工作人员正在堆放超铀元素核废料

深地质处置指在稳定的地质构造中开掘的放射性核废料存放场所，一般在地底300米以下。核废料的形态、包装、场地的密封和防渗以及地质条件等诸多因素决定了储放场所成功与否。对深地质处置的基本要求是长时间将核废料与环境隔绝开来，同时只需要极少或者不需要维护。深地质处置的时间尺度很大，通常从几万年到一百万年。在深地质处置中，盛放在容器中的核废料被以某种方式密封，存放在隧道里。最外面一层防护机制就是地质构造本身（比如岩层）。[1]

背景

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长寿命核废料（包括乏燃料）必须长期同人类和环境隔绝。把这些废料存放在稳定地质构造中人工建造的地下储存所（repository）是一种可行的方案。[2]国际裂变材料专门委员会（International Panel on Fissile Materials）曾表示：

“广泛接受的看法认为，乏燃料、核燃料再处理的高放射性废物以及钚废料需要在妥善设计的场所存放几万年到一百万年，以减少其放射性对环境的污染。同时，必须确保钚和高浓缩铀不被用于军事目的。一个基本的共识是，把乏燃料存放于地下几百米的储存场所要比将其堆放在地表更安全。”[3]

非洲奥克洛天然核反应堆证实了天然地质构造可以有效地隔离放射性核废料。在其运转过程中，该反应堆共产生了5.4吨裂变产物、1.5吨钚以及其他超铀元素。这些钚和其他超铀元素至今仍存在于奥克洛的铀矿中，时间跨度长达20亿年。[4] 考虑到该铀矿经常被地下水浸润，加之铀矿石并非以化学惰性形态存在（比如玻璃态），这相当不同寻常。

地质处置安全，技术上可行，不污染环境已经是专业人士由来已久的共识。但是，许多国家的公众对此仍有疑虑。[5] 深地质处置支持者们面临的挑战之一是证明一个储存所必须长时间可靠，且将来可能的泄露不会对人类健康和环境造成影响。

核燃料再处理并不能减少深地质处置的必要性，但却能够减少核废料的体积以及中长期放射性和衰变热。另一方面，核燃料再处理也无法消除储存所选址的政治和社区风险。[3]

研究场所

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深地质处置已经有几十年的研究历史。实验室测试、探井已经积累了很多数据；建造和运营地下实验室并展开大规模存储实验也在进行中。[6] 世界各国的主要地下研究机构见下表。

国家 机构名称 地点 地质条件 深度 运营状态
比利时 海姿地下研究机构（HADES Underground Research Facility） 摩尔（Mol） 黏土 223米 1982年开始运营[6]
加拿大 AECL地下实验室（AECL Underground Research Laboratory） 皮纳瓦（Pinawa） 花岗岩 420米 1990-2006年[6]
芬兰 安克罗核废料贮存库 奥尔基洛托（Olkiluoto） 花岗岩 400米 在建[7]
法国 默兹-豪特-马恩地下实验室（Meuse/Haute Marne Underground Research Laboratory） 比尔 泥岩 500米 1999年开始运营[8]
日本 幌延町地下实验室（Horonobe Underground Research Lab） 北海道幌延町 沉积岩 500米 在建[9]
日本 瑞浪市地下实验室（Mizunami Underground Research Lab） 岐阜县瑞浪市 花岗岩 1000米 在建[9]
韩国 韩国地下研究隧道（Korea Underground Research Tunnel） 大田广域市儒城区 花岗岩 80米 2006年开始运营[10]
瑞典 阿斯波硬岩实验室（Äspö Hard Rock Laboratory） 奥斯卡杉核电站（Oskarshamn Nuclear Power Plant） 花岗岩 450米 1995年开始运营[6]
瑞士 格里姆塞尔试验场（Grimsel Test Site） 格里姆塞尔関（Grimsel Pass） 花岗岩 450米 1984年开始运营[6]
瑞士 泰利山岩石实验室（Mont Terri Rock Laboratory） 泰利山 粘土岩 300米 1996年开始运营[11]
美国 瑜珈山核废料储存所（Yucca Mountain nuclear waste repository） 内华达州 凝灰岩/熔结凝灰岩 50米 1997-2008年[6]

储存场所

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国家 机构名称 地点 废料类型 地质条件 深度 运营状态
阿根廷 德尔梅地奥山（Sierra del Medio） 盖斯特雷村（Gastre]） 花岗岩 拟议中[12]
比利时 高放射性废物 黏土 ~225米 拟议中
加拿大 安大略电厂深地质储存所（Ontario Power Generation's Deep Geologic Repository） 安大略省 200,000 立方米低及中低放射性废物 石灰岩 680米 2011年申请执照[13]
加拿大 乏燃料 拟议中
芬兰 VLJ 奥尔基洛托核电站（Olkiluoto Nuclear Power Plant） 低及中低放射性废物 英云闪长岩 60–100米 1992年开始运营[14]
芬兰 洛维萨 低及中低放射性废物 花岗岩 120米 1998年开始运营[14]
芬兰 安克罗核废料贮存库 奥尔基洛托核电站（Olkiluoto Nuclear Power Plant） 乏燃料 花岗岩 400米 在建[7]
法国 高放射性废物 泥岩 ~500米 选址中[8]
德国 阿西二号盐矿（Schacht Asse II） 下萨克森 盐穹 750米 1995年关闭
德国 莫斯雷本放射性废物储存所（repository for radioactive waste Morsleben|Morsleben） 萨克森－安哈尔特 40,000立方米低及中低放射性废物 盐穹 630米 1998年关闭
德国 格尔雷本（Gorleben） 下萨克森 高放射性废物 盐穹 拟议中，计划暂停
德国 康拉德盐矿（Schacht Konrad） 下萨克森 303,000立方米低及中低放射性废物 沉积岩 800米 在建
日本 高放射性废物 拟议中[15]
韩国 庆州市 低及中低放射性废物 80米 在建[16]
瑞典 SFR 福斯马克（Forsmark） 63,000立方米低及中低放射性废物 花岗岩 50米 1988年开始运营[17]
瑞典 福斯马克（Forsmark） 乏燃料 花岗岩 450米 2011年申请执照[18]
瑞士 高放射性废物 粘土 选址中
英国 高放射性废物 拟议中[19]
美国 核废弃物隔离先导厂 新墨西哥州 超铀元素核废料 盐床 655米 1999年开始运营
美国 犹卡山谷核废料地下处置场 内华达州 70,000吨高放射性废物 凝灰岩/熔结凝灰岩 200-300米 2010年计划取消

一些储存所的现状

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在建的芬兰奥尔基洛托核电站储存所的结构图。

德国下萨克森的阿西二号盐矿座落于阿西山中，自1965年以来被用作研究用途。1967年到1978年放射性废物被储存在该矿中。有研究指出，1988年以来该储存所一直在泄露被铯-137、钚和锶等核素污染的盐水；但直到2008年6月这一发现才被公诸于世。[20]

位于德国萨克森－安哈尔特州的莫斯雷本放射性废物储存所也是一座废弃的盐矿。1972–1998年此矿被用于储存核废料。2003年以来，该矿一共浇筑了480,000立方米的混凝土来稳定穹顶，否则盐穹可能塌方。

美国新墨西哥州的废物分离中试厂1999年正式运营。此厂位于卡尔斯巴德附近的地下盐层中。[21]

有人曾提议在澳大利亚和俄罗斯建立国际高放射性废物储存所。[22][23]但是，该消息在澳大利亚引发公众持续抗议，储存所的建设基本成为泡影。

1978年，美国能源部开始研究内华达核试验场附近的瑜伽山用于长时间地质储存乏燃料和高放射性核废料的可行性。此计划遭到了内华达州核计划局（亦称为“核废料计划办公室”）以及其它一些组织的法律挑战而严重拖延。[24] 奥巴马总统上台后，于2009年在其年度预算中拒绝向该计划拨款，并称其政府将考虑新的核废料处置战略。[25] 2009年3月5日，美国能源部长朱棣文在美国参议院作证时说，瑜伽山作为核废料储存所已经不再是选项之一。[26]至此，至少在奥巴马任内，瑜伽山储存所计划已经寿终正寝。

瑞典KBS-3型核废料密封容器。

在德国，关于核废料最终储存所的政治辩论相当激烈，[27] 特别是下萨克森格尔雷本（Gorleben）村村民激烈反对。[28] 在两德统一之前，格尔雷本村位于西德边境，人烟稀少，经济困顿。但在统一之后，该村现在几乎位于德国的中心地带。2010年，默克尔政府决定重新开始格尔雷本作为核废料储存所的早期研究工作。[27]

在目前几个拟议建立深地质处置机构的国家中，[29] 芬兰的安克罗乏燃料储存所最接近于投入使用。其第一批废料埋藏预定在2020年左右，现在还在等待最终批准。瑞典对乏燃料的深地质处置也走在前列。其国会认为，使用KBS-3技术埋藏乏燃料很安全。

2008年，英国环境、食品和农村事务部（Defra）发表了名为“安全管理核废料”的白皮书。[30]同其它发达国家不一样的是，英国的计划强调自愿甚于地质结构的适用性。2012年6月，英国地质调查局找到了三处可能适合存放核废料的地质结构。2013年1月，英国将决定是否进行下一步。

参考文献

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  1. ^ US DOE - Radioactive waste: an international concern 互联网档案馆的存档，存档日期2006-09-24.
  2. ^ NEA - Moving forward with geological disposal (PDF). [2013-04-12]. （原始内容存档 (PDF)于2009-12-12）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Harold Feiveson, Zia Mian, M.V. Ramana, and Frank von Hippel. Managing nuclear 乏燃料: Policy lessons from a 10-country study. Bulletin of the Atomic Scientists. 27 June 2011 [2013-04-12]. （原始内容存档于2012-04-26）. 
  4. ^ R. Naudet. 1976. The Oklos nuclear reactors: 1800 millions years ago. Interdisciplinary Science Reviews, 1(1) p.72-84.
  5. ^ Vandenbosch, Robert, and Susanne E. Vandenbosch. 2007. Nuclear waste stalemate. Salt Lake City: University of Utah Press.
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 IAEA-TECDOC-1243 (PDF). [2013-04-12]. （原始内容存档 (PDF)于2020-12-02）. 
  7. ^ 7.0 7.1 ONKALO 互联网档案馆的存档，存档日期2013-06-12.
  8. ^ 8.0 8.1 Andra - French National Radioactive Waste Management Agency 互联网档案馆的存档，存档日期2008-12-21.
  9. ^ 9.0 9.1 JAEA R&D Review 2010, R&D on Geological Disposal of High-Level Radioactive Waste. [2013-04-12]. （原始内容存档于2017-03-02）. 
  10. ^ Korean KURT facility home page. [2013-04-12]. （原始内容存档于2011-08-15）. 
  11. ^ Mont Terri Project. [2013-04-12]. （原始内容存档于2016-07-24）. 
  12. ^ The Argentine radioactive waste respository: Basic criteria, preliminary siting and design conceptual basis [永久失效链接]
  13. ^ Ontario Power Generation DGR page 互联网档案馆的存档，存档日期2008-04-03.
  14. ^ 14.0 14.1 T. Aikas and P. Antilla. 2008. Repositories for low- and intermediate-level waste in Finland. Reviews in Eng. Geology 19, 67-71.
  15. ^ NUMO website. [2022-01-09]. （原始内容存档于2021-01-22）. 
  16. ^ Nuclear Power in South Korea. [2013-04-12]. （原始内容存档于2012-05-22）. 
  17. ^ SFR (PDF). [2013-04-12]. （原始内容存档 (PDF)于2007-12-17）. 
  18. ^ 存档副本. [2011-04-25]. （原始内容存档于2011-07-22）.  Licence application March 2011
  19. ^ Managing Radioactive Waste Safely (MRWS) UK Department of Energy and Climate Change. [2013-04-12]. （原始内容存档于2013-03-22）. 
  20. ^ Problems at Germany's Asse II Nuclear Waste Repository 互联网档案馆的存档，存档日期2009-08-03.
  21. ^ DOE Waste Isolation Pilot Plant Receives EPA Recertification 互联网档案馆的存档，存档日期2009-04-12.
  22. ^ Holland, I. Waste not want not? Australia and the politics of high-level nuclear waste. Australian Journal of Political Science. 2002, (37): 283–301. 
  23. ^ Disposition of high level waste and spent nuclear fuel: The continuing societal and technical challenges. Washington, DC: National Academy Press. 2001.
  24. ^ Earthquakes In The Vicinity Of Yucca Mountain. [2013-04-12]. （原始内容存档于2021-01-25）. 
  25. ^ A New Era of Responsibility （页面存档备份，存于互联网档案馆）, The 2010 Budget, p. 65.
  26. ^ Hebert, H. Josef. 2009. “Nuclear waste won't be going to Nevada's Yucca Mountain, Obama official says.” Chicago Tribune. March 6, 2009, 4. 存档副本. [2011-03-17]. （原始内容存档于2011-03-24）.  Accessed 3-6-09.
  27. ^ 27.0 27.1 Dealing with Asse : Where Should Germany Store Its Nuclear Waste?. spiegel.de. [11 April 2013]. （原始内容存档于2021-01-26）. 
  28. ^ Inside Gorleben: A Visit to Germany's Proposed Nuclear Waste Site. spiegel.de. [11 April 2013]. （原始内容存档于2020-11-09）. 
  29. ^ Final disposal nearing realization (PDF). Press release. Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co. 2007-09-28 [2009-01-05]. （原始内容 (PDF)存档于2009-02-25）. 
  30. ^ Managing Radioactive Waste Safely (PDF). www.gov.uk. [11 April 2013]. （原始内容存档 (PDF)于2017-08-10）. 

外部链接

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