导语

    历经三十多年的选址、建设许可取证和建设，世界第一座永久核废物处置库——芬兰安克罗（Onkalo）地下核废物处置库即将开始对乏燃料进行全面的最终处置试验。芬兰核废物管理公司波西瓦(Posiva)6月19日表示，此次试验的目的是表明最终处置程序将按计划进行，这是目前还处于建造阶段的该处置库取得运行许可证的条件。该废物处置库计划在2023年建成投运后用来贮存芬兰全国核电站产生的乏燃料，规划目标是贮存6500吨乏燃料，未来预计还要增加贮存量，至少保证乏燃料在400-500米的地下岩洞中安全贮存10万年不被人类碰触。

    芬兰的乏燃料管理政策

    芬兰是目前世界上为数不多的采取 “一次通过式” 核燃料循环政策的国家之一，即不对反应堆中用过的乏燃料进行再处理回收铀、钚复用，而是将其作为高放废物进行深地质层处置。

    芬兰自20世纪70年代中期在奥尔基洛托（Olkiluoto）建成第一座核电站起就开始研究乏燃料的最终处置问题。1978年开始考虑把深地址处置作为候选处置方法之一，并进行了可行性研究。在1982年完成可行性研究报告的基础上，芬兰政府在1983年制定了乏燃料处置的规划，决定从1983年开始选址，目标是在2000年筛选出最终处置库场址。在此过程中同时开展研究工作，逐步掌握乏燃料处置技术。

    1983年，芬兰政府出台国家乏燃料管理政策。该政策为乏燃料的管理设定了两套方案：第一套方案是，如果可能的话，采用商业合同的方式将国内乏燃料运至国际处置库以不可回取的方式处置；第二套方案是，以安全和环境可接受的方式在国内建设一座深层地质处置库对本国产生的乏燃料进行处置。对于第二套方案，政府制订了实施计划，即到2000年完成处置库的选址工作，2010年前后启动处置库的建设，2020年前后启动乏燃料的处置。

    芬兰1994年的《核能法》修订版对1983年废物政策进行了修订，规定必须在国内处理所有废物。在新政策影响下，工业动力（Teollisuuden Voima Oyj）与富腾（Fortum）公司于1995年共同组建了波西瓦（Posiva）公司，专门负责推进乏燃料处置库的建设工作。

    处置方案

    处置库建在奥尔基洛托（Olkiluoto）核电站附近的埃乌拉约基（Eurajoki），处置方案为KBS-3型多重屏障系统，建在深400—500米左右的花岗岩基岩之中，为竖井-巷道型或竖井-斜井-巷道型。放射性废物包裹在多重保护屏障中，一重屏障的故障以及不可预计的地质或其他变化不会使放射性物质大量泄漏到环境中。

    在处置过程中，首先将乏燃料装入铜钢制的最终处置容器中，然后将容器运至位于地下约400—450米深的岩层中，并放入带有膨润土缓冲层的沉积孔中贮存。地下处置方案示意图见图1。因此，在完成处置后，放射性物质将被密封在四重屏障中，见图2。

    图1 乏燃料地下处置示意图

    图2 防止放射性物质泄露的四重屏障

    多个陶瓷乏燃料芯块叠加在一起后被密封在金属包壳中组成一根乏燃料棒，多根乏燃料棒组成一个乏燃料组件，金属包壳为耐腐蚀材质，再加上陶瓷形态的乏燃料芯块本身难溶于水，在出现意外时，这将减缓放射性物质的释放速度，因此，乏燃料组件本身构成了第一重屏障；乏燃料组件被装在密封且耐腐蚀的铜和铸铁制成的最终处置容器中构成了第二重屏障，这种容器将保护燃料组件，使其免受深层基岩的机械应力，同时将乏燃料组件产生的衰变热导出，以保证乏燃料不会过热而熔化； 膨润土缓冲层构成第三重屏障，能够保护容器免受基岩中的任何潜在震动，并减缓容器周边的水流速度；基岩构成第四重屏障，能够确保容器和膨润土的周边环境仅发生微小且可预见的变化。深层基岩可使废物容器免受任何地表变化的影响，并远离人类正常的居住环境。以上措施可保证乏燃料在地下安全贮存10—100万年，直至放射性和毒性降到与天然铀矿相当的水平。

    处置库选址及建设历程

    1980一1982年： 确定选址标准。对全国地质情况进行普查。

    1983一1985年：场址初选。在全国32 7个地段中筛选出 134个地段供进一步调查。

    1986一1992年：场址初步调查。通过对134个地段的初步调查, 最终筛选出5个重点地段 (Olkiluoto，Hastholmen，Romuvaara，Kivetty，Syyry)。

    1993一2000年：场址详细调查。对上述5个地段中的4个开展平行性的详细场址特性评价工作，每个场址约施工了15个深钻孔、3 0～4 0 个浅钻孔。最终确定Olkiluoto核电站附近的花岗岩为处置库场址。

    2001年5月，芬兰国会以159票赞成3票反对的表决结果，最终确定Olkiluoto为处置库场址。

    2012年12月，波西瓦公司向芬兰就业与经济部提交建设许可证申请。2015年11月，芬兰政府向波西瓦公司发放建设许可证，允许该公司在奥尔基洛托（Olkiluoto）附近的埃乌拉约基（Eurajoki）建设乏燃料最终处置库。这是全球发放的首份乏燃料最终处置库建设许可证。

    2016年下半年，波西瓦公司开始进行最终处置库的建设，计划于2023年建成投运。

    试验的意义

    据世界核新闻网站2018年6月20日的报道，波西瓦公司对处置库进行全规模现场系统测试的工作将在仲夏之后开始。该项测试主要确认铜钢罐容器中的核燃料组件的设计功能能否保证。此次测试将在一个50米长的隧道（地下约420米深处）内放置两个装有加热元件的测试罐来模拟乏燃料释热，同时将使用大约500个传感器来监测隧道内的情况。全规模现场系统测试完成之后，波西瓦公司将进行综合系统测试。综合系统测试将在没有乏燃料的情况下进行最终处置操作测试，将提供更多关于最终处置过程各阶段功能的信息。

    从以上的信息可以推测出，波西瓦公司此次进行的试验主要是研究乏燃料释放的衰变热对安全贮存的影响。根据计算和实际测量的数据，乏燃料的衰变热为几瓦/kg，并随着其中放射性核素的衰变而缓慢减少，但由于一根核电站轻水堆乏燃料组件中的重金属含量高达几百kg，大量的乏燃料组件集中放置在一起后释放的衰变热总量是很客观的。若这些衰变热不能以合理的途径导出，有可能使乏燃料组件温度持续升高，最终使包壳和铜钢制容器受损或熔化，导致最重要的第一、二重屏障失效，出现不可接受的后果。

    通过此次试验，波西瓦公司将获得处于深地质地下贮存库中的乏燃料在复杂的真实贮存条件下的传热试验数据，并依此评估现有方案的可行性或者为方案的进一步改进提供依据，从而为该项目取得运行许可证铺平道路。同时，其经验为世界上其他核电国家的同类项目提供有益的借鉴，也为刚从低迷状况恢复发展不久的核电注入新的活力。

    参考来源：

    Full-scale tests to start soon at Finnish repository. World Nuclear News

    http://www.world-nuclear-news.org/WR-Full-scale-tests-to-start-soon-at-Finnish-repository-2006185.html

    全球首份乏燃料最终处置库建设许可证颁发及启示

    https://mp.weixin.qq.com/s/ln3viXJ6G3f_XrWfUuNx3Q

    王驹.芬兰乏燃料最终地址处置研究历程及经验.国外铀金地质,2002,19（03）:157—159.