導語
歷經三十多年的選址、建設許可取證和建設，世界第一座永久核廢物處置庫——芬蘭安克羅（Onkalo）地下核廢物處置庫即將開始對乏燃料進行全面的最終處置試驗。芬蘭核廢物管理公司波西瓦(Posiva)6月19日表示，此次試驗的目的是表明最終處置程序將按計劃進行，這是目前還處於建造階段的該處置庫取得運行許可證的條件。該廢物處置庫計劃在2023年建成投運後用來貯存芬蘭全國核電站產生的乏燃料，規劃目標是貯存6500噸乏燃料，未來預計還要增加貯存量，至少保證乏燃料在400-500米的地下巖洞中安全貯存10萬年不被人類碰觸。
芬蘭的乏燃料管理政策
芬蘭是目前世界上為數不多的採取 “一次通過式” 核燃料循環政策的國家之一，即不對反應堆中用過的乏燃料進行再處理回收鈾、鈈複用，而是將其作為高放廢物進行深地質層處置。
芬蘭自20世紀70年代中期在奧爾基洛託（Olkiluoto）建成第一座核電站起就開始研究乏燃料的最終處置問題。1978年開始考慮把深地址處置作為候選處置方法之一，並進行了可行性研究。在1982年完成可行性研究報告的基礎上，芬蘭政府在1983年制定了乏燃料處置的規劃，決定從1983年開始選址，目標是在2000年篩選出最終處置庫場址。在此過程中同時開展研究工作，逐步掌握乏燃料處置技術。
1983年，芬蘭政府出臺國家乏燃料管理政策。該政策為乏燃料的管理設定了兩套方案：第一套方案是，如果可能的話，採用商業合同的方式將國內乏燃料運至國際處置庫以不可回取的方式處置；第二套方案是，以安全和環境可接受的方式在國內建設一座深層地質處置庫對本國產生的乏燃料進行處置。對於第二套方案，政府制訂了實施計劃，即到2000年完成處置庫的選址工作，2010年前後啟動處置庫的建設，2020年前後啟動乏燃料的處置。
芬蘭1994年的《核能法》修訂版對1983年廢物政策進行了修訂，規定必須在國內處理所有廢物。在新政策影響下，工業動力（Teollisuuden Voima Oyj）與富騰（Fortum）公司於1995年共同組建了波西瓦（Posiva）公司，專門負責推進乏燃料處置庫的建設工作。
處置方案
處置庫建在奧爾基洛託（Olkiluoto）核電站附近的埃烏拉約基（Eurajoki），處置方案為KBS-3型多重屏障系統，建在深400—500米左右的花崗岩基岩之中，為豎井-巷道型或豎井-斜井-巷道型。放射性廢物包裹在多重保護屏障中，一重屏障的故障以及不可預計的地質或其他變化不會使放射性物質大量洩漏到環境中。
在處置過程中，首先將乏燃料裝入銅鋼製的最終處置容器中，然後將容器運至位於地下約400—450米深的岩層中，並放入帶有膨潤土緩衝層的沉積孔中貯存。地下處置方案示意圖見圖1。因此，在完成處置後，放射性物質將被密封在四重屏障中，見圖2。
圖1 乏燃料地下處置示意圖
圖2 防止放射性物質洩露的四重屏障
多個陶瓷乏燃料芯塊疊加在一起後被密封在金屬包殼中組成一根乏燃料棒，多根乏燃料棒組成一個乏燃料組件，金屬包殼為耐腐蝕材質，再加上陶瓷形態的乏燃料芯塊本身難溶於水，在出現意外時，這將減緩放射性物質的釋放速度，因此，乏燃料組件本身構成了第一重屏障；乏燃料組件被裝在密封且耐腐蝕的銅和鑄鐵製成的最終處置容器中構成了第二重屏障，這種容器將保護燃料組件，使其免受深層基岩的機械應力，同時將乏燃料組件產生的衰變熱導出，以保證乏燃料不會過熱而熔化； 膨潤土緩衝層構成第三重屏障，能夠保護容器免受基岩中的任何潛在震動，並減緩容器周邊的水流速度；基岩構成第四重屏障，能夠確保容器和膨潤土的周邊環境僅發生微小且可預見的變化。深層基岩可使廢物容器免受任何地表變化的影響，並遠離人類正常的居住環境。以上措施可保證乏燃料在地下安全貯存10—100萬年，直至放射性和毒性降到與天然鈾礦相當的水平。
處置庫選址及建設歷程
- 1980一1982年： 確定選址標準。對全國地質情況進行普查。
- 1983一1985年：場址初選。在全國32 7個地段中篩選出 134個地段供進一步調查。
- 1986一1992年：場址初步調查。通過對134個地段的初步調查, 最終篩選出5個重點地段 (Olkiluoto，Hastholmen，Romuvaara，Kivetty，Syyry)。
- 1993一2000年：場址詳細調查。對上述5個地段中的4個開展平行性的詳細場址特性評價工作，每個場址約施工了15個深鑽孔、3 0～4 0 個淺鑽孔。最終確定Olkiluoto核電站附近的花崗岩為處置庫場址。
- 2001年5月，芬蘭國會以159票贊成3票反對的表決結果，最終確定Olkiluoto為處置庫場址。
- 2012年12月，波西瓦公司向芬蘭就業與經濟部提交建設許可證申請。2015年11月，芬蘭政府向波西瓦公司發放建設許可證，允許該公司在奧爾基洛託（Olkiluoto）附近的埃烏拉約基（Eurajoki）建設乏燃料最終處置庫。這是全球發放的首份乏燃料最終處置庫建設許可證。
- 2016年下半年，波西瓦公司開始進行最終處置庫的建設，計劃於2023年建成投運。
試驗的意義
據世界核新聞網站2018年6月20日的報道，波西瓦公司對處置庫進行全規模現場系統測試的工作將在仲夏之後開始。該項測試主要確認銅鋼罐容器中的核燃料組件的設計功能能否保證。此次測試將在一個50米長的隧道（地下約420米深處）內放置兩個裝有加熱元件的測試罐來模擬乏燃料釋熱，同時將使用大約500個傳感器來監測隧道內的情況。全規模現場系統測試完成之後，波西瓦公司將進行綜合系統測試。綜合系統測試將在沒有乏燃料的情況下進行最終處置操作測試，將提供更多關於最終處置過程各階段功能的信息。
從以上的信息可以推測出，波西瓦公司此次進行的試驗主要是研究乏燃料釋放的衰變熱對安全貯存的影響。根據計算和實際測量的數據，乏燃料的衰變熱為幾瓦/kg，並隨著其中放射性核素的衰變而緩慢減少，但由於一根核電站輕水堆乏燃料組件中的重金屬含量高達幾百kg，大量的乏燃料組件集中放置在一起後釋放的衰變熱總量是很客觀的。若這些衰變熱不能以合理的途徑導出，有可能使乏燃料組件溫度持續升高，最終使包殼和銅鋼製容器受損或熔化，導致最重要的第一、二重屏障失效，出現不可接受的後果。
通過此次試驗，波西瓦公司將獲得處於深地質地下貯存庫中的乏燃料在複雜的真實貯存條件下的傳熱試驗數據，並依此評估現有方案的可行性或者為方案的進一步改進提供依據，從而為該項目取得運行許可證鋪平道路。同時，其經驗為世界上其他核電國家的同類項目提供有益的借鑑，也為剛從低迷狀況恢復發展不久的核電注入新的活力。
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