核设施退休“套餐”
通常核设施有三种不同的退役方式:立即拆除、延缓拆除与封固埋葬。
选择何种“退役套餐”,受到很多因素的影响,包括政治、社会、地理、技术、经济等诸多方面。例如,对于许多国家的大型核设施退役,废物出路(处置条件)和退役经费是决定性因素,而一些国家则受到乏燃料出路的制约。
立即拆除指允许在关闭或终止受管制活动后的40年内将设施从监管控制中移除,一般在核设施永久停堆之后,立即着手实施一系列的退役活动。该策略目标是在较短的时间内,便可将厂址内特定放射性水平以上的所有核材料全部移除,以实现所属厂址或设施的安全解控或无需任何核安全监管限制下再利用。
采用立即拆除策略可以最大限度地利用现有力量实施去污、拆除和解体等作业,但是这个策略无法实现放射性源的显著衰减,同时要求退役核设施的废物及乏燃料管理设施可用。另外,由于没有缓冲期,退役资金也必须充足或得到充分保证。立即拆除可能导致工作人员受照射剂量较高,故一般需采用或发展遥控切割和拆卸机具,就像前文英国温弗里斯的“龙”(Dragon)反应堆退役所使用的长臂蛇形机器人(Laser Snake)。

遥控切割和拆卸机具

采取延缓拆除的核电站
延缓拆除也称“安全关闭”或“安全储存”,指永久停堆后的核设施完成最终处置的时间会延后。一般采用此策略的核设施从永久停堆到最终完成去污、拆除、解体并实现解控最长可达50年。为实现如此长时间内的安全关闭或贮存,系统中的高放射性废物都需要及时清空,直到最终的放射性污染衰减至较弱为止。
相比较于立即拆除,延缓拆除的优点在于可以减少退役实施过程中达到辐射防护目标所需的资源,同时可以降低退役人员的受照剂量。另外,延缓拆除也可以降低对退役资金筹集的时间压力,若干年后也可能开发出更先进的去污技术被利用。延缓拆除一般被用于大型反应堆的退役。
封固埋葬也称“就地处置”,指把核设施包括所有放射性物质就地永久性掩埋,永远无需拆除与取回。就地埋葬可以大大减少去污、拆卸工厂,减少废物的整备、运输、贮存和处置费用,减少工作人员的受照剂量。但是就地埋葬的厂址必须具备作最终处置厂址的条件,所以这是一种有条件的策略。其实,在大多数情况下,核设施满足建厂的选址条件,但不一定具备作处置场的条件,就地埋葬获得许可和公众接受也是比较困难的。
上述三个退役策略中每个方法都有其优缺点,国家政策与现有技术决定采用或允许采用哪种方法或组合方式。
法国电力公司(EDF)选择部分拆除后延缓50年作最终拆除。同样地,英国、加拿大、意大利等国由于境内缺乏废物处理库,对核反应堆也大多都采用延缓拆除的策略。日本则正在探索核电站运转年限延长的策略,让核设施“延迟退休”。我国大陆首座核电站——秦山核电站已运行近30年,但目前也已批准其延寿。
对核电站最决绝的当属德国,其反应堆多数采取立即拆除的方式,有的已退役的厂址完全开放。德国卡尔斯鲁厄研究中心(Karlsruhe Institute of Technology,KIT)的多用途重水研究堆已退役成为向公众开放的博物馆,还有两座研究堆已退役成为绿地,原型钠冷快堆也正在进行拆除。(https://www.daowen.com)

德国格赖夫斯瓦尔德(Greifswald)核电站遗址
美国对关闭的核电站,有的核电公司考虑废物的处置费用不断上涨,因此选择立即拆除的政策,而有些却打算延缓拆除。美国早期关闭的反应堆采用延缓拆除策略者居多,而后期关闭的反应堆采取立即拆除策略者居多。因为核电站延缓更长时间拆除,并不带来更多好处,美国核管会(NRC)要求所有核电站停止服役关闭之后,封闭监督时间不超过60年。
有研究表明,在核反应堆中,大约99%的放射性与在永久关闭后被去除的燃料有关。除了植物的一些表面污染外,剩余放射性来自长期暴露于中子辐射的钢材的“活化产物”。尽管稳定的原子变成不同的同位素,如铁-55、铁-59和锌-65这几种具有高度放射性的同位素,然而,上述几种同位素的半衰期却很短,分别为2.7年、45天、5.3年、45天,关闭50年后,核设施中的放射性会大大减少。
半衰期(Half-life)
保持匀速喝掉满满一大瓶牛奶,先喝半瓶,再喝掉半瓶的一半,半瓶一半的一半……如此记录每次所花费的时间,这当中就包含着“半衰”的概念。

每次喝掉一半的牛奶,蕴含着“半衰”的概念
随着放射的不断进行,放射强度将按指数曲线下降,放射性强度达到原值一半所需要的时间叫做同位素的半衰期。原子核的衰变规律是:
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其中:N0是指初始时刻(t=0)时的原子核数,t为衰变时间,T为半衰期,N是衰变后留下的原子核数。
放射元素的半衰期长短差别很大,短的远小于一秒,长的可达数百亿年。在物理学上,一个放射性同位素的半衰期是指一个样本内,其放射性原子衰变至原来数量的一半所需的时间。所以,随着时间的增长,这些放射性元素的放射性会由于其衰变而越来越小。
