第6章高放废物处理
高放废物特点及其处理概述 （1）放射性
核燃料后处理产生的高放废液1AW，放射性极强，经过4a的
冷却，短半衰期核素虽已基本衰变掉了，其放射性活度依然
很强：
生产堆高放废液：β-γ放射性1011~1013Bq/L，α放射性 1010~1011Bq/L 动力堆高放废液：β-γ放射性1013~1015Bq/L，α放射性 1012~1013Bq/L
高毒
中毒 低毒 低毒 低毒 低毒
ββபைடு நூலகம்βββ-
第6章高放废物处理
高放废物特点及其处理概述 （3）放热率 高放废液中许多核素有高释热率，这使得高放废液早期的放 热率可达20W/L。主要铀90Sr和137Cs所贡献，经过10年衰变后 释热率可降低到80%，经过100年降低到60%，经过300年降 低到10%。 （4）酸及盐等化学品 高放废液中酸度达到2~6mol/L，具有较强的腐蚀性。此外， 废液中还含有一定的盐分，有生产沉淀的可能。 （5）爆炸性气体 由水及有机物辐照分解产生的H2、CO、CH4、C2H6及C2H4等 气体产物，有引发爆炸的可能。
放射性废物处理与处置
哈尔滨工程大学 矫彩山
2011年4月
第6章高放废物处理
高放废物特点及其处理概述 •高放废物（High Level Waste，HLW）的体积仅占各类废物总 体积的3%，而高放废物的放射性活度却占各类废物总活度的 95%。其特点是放射性比活度高, 释热率高, 含有一些半衰期长 、生物毒性高的核素。
第6章高放废物处理
高放废物特点及其处理概述 （2）毒性 高放废液的化学组成十分复杂，且与乏燃料冷却时间有关。 主要包括: ①裂变产物 ②总锕系元素，包括萃余的铀、钚和中子俘获而生成的次锕 系元素等 ③设备材料的腐蚀产物及其活化产物 ④包壳材料，Ai、Mg、Fe、Zr等 ⑤中子毒物，主要是Gd、Cd及B等 ⑥化学试剂，如NO3-、SO42-、PO43-、Na+等及有机物。
高放废液的储存
废液pH值 中性废液由于金属离子的水解作用而会产生泥浆沉淀，这些 泥浆载带有大部分的放射性核素。 在汉福特厂用碳钢衬里的贮罐，直径为23 m，深度为6∼12 m
，容量为1800∼3700 m3。如果固体物质沉降到罐底，会使无
内部冷却装置的贮罐产生崩沸。崩沸时的蒸发速度为正常值 的50倍。罐底放射性沉淀物的温度曾高达177 ℃，观察到罐内 最大压力达1.38×104 Pa。
• 因此，它们的处理与处置技术复杂、难度大、费用高, 成为
当今放射性废物治理的重点研究开发课题。
第6章高放废物处理
高放废物特点及其处理概述
乏燃料比放射性与其离堆时间之间的关系 乏燃料衰变热功率与其离堆时间之间关系
后处理工艺工艺中，每处理1t乏燃料元件，产生将近5 m3 的 高放废液，经蒸发浓缩后，体积减少到0.4 m3 左右。乏燃料中 99.9％以上的裂变产物都进入高放废液。
高放废液的储存
空气搅拌 为解决崩沸的问题，汉福特厂采用内部空气提升进行搅拌的 方法，来缓和废液满罐以后的崩沸。使用压缩空气搅拌，一 方面可以使废液中的沉淀物呈悬浮状态，避免沉淀；另一方
核素
131I 3H 95Nb 95Zr 144Ce 106Ru 85Kr 147Pm 90Sr 137Cs 14C 99Tc
半衰期 8.04d 12.3a 34.991d 64d 284d
毒性 中毒 低毒 中毒 中毒 高毒
放射体 βββββ-
2.4×104a
6.56×103a 14.29a 4.33×102a 7.37×103a 162.8a
高放废液固化处理流程方块图
高放废液的预处理
高放废液的蒸发浓缩
澄清分离夹 带有机溶剂
主要目的是减少废液体积； 净化系数可达105～106； 随着硝酸浓度的增加，沸点 升高，碘、钌挥发严重，设 备腐蚀加剧，必须进行破坏 硝酸。
蒸发法浓缩高放废液流程示意图
高放废液的预处理
高放废液的蒸发浓缩 当硝酸浓度为8mol/L时： 4HNO3 + HCHO → 4NO2↑ + CO2↑+ 3H2O 当硝酸浓度为2～8mol/L时： 4HNO3 + 3HCHO → 4NO↑+3CO2↑ + 5H2O 当硝酸浓度小于2mol/L时： 2HNO3+HCHO → HCOOH+2NO2↑+ H2O 2HNO3+HCOOH → 2NO↑+ 3CO2↑ + 4H2O 甲醛脱硝的最终产物都是挥发性气体和水，因而不会增加蒸 残液的含盐量和其它杂质。
极毒
极毒 高毒 极毒 极毒 极毒
α
α βα α α
373.59d
10.7a 26.2a 28.79a 30a 5.7×103a 2.11×105a
高毒
低毒 中毒 高毒 中毒 低毒 低毒
βββββββ-
126Sn
36Cl 79Se 93Zr 135Cs 129I
2.48×105a
3.0×105a 1.13×106a 1.53×106a 2.3×106a 1.61×107a
高放废液的预处理
高放废液的储存 目的： 降低废液的比活度（短寿命核素）；降低衰变热。 时间：20∼30 a 容器：不锈钢储罐 条件： •装在不锈钢衬里的混凝土（1m厚）地下室里； •每个储罐与一个等容积空罐相连，应急预案；
•设置冷凝器，冷凝崩沸产生的蒸汽，使之回流到罐内；
•配有压缩空气搅拌装置，携带辐解产生的氢气，避免颗粒物 沉积底部引发崩沸。
高放废液的储存
贮罐材质 在早期，美国曾用碱中和酸性废液，然后采用碳钢槽贮存碱 性和中性高放废液。汉福特和萨凡那河厂的183个碳钢贮槽， 发现有20多个发生了泄漏。
美国、英国等国家贮存高放浓缩废液的运行经验表明，不锈
钢槽贮存酸性高放废液是目前唯一获得大规模应用的中间贮 存技术。 所以，目前认为在不锈钢灌中贮存酸性废液比较安全。
高放废液中主要的放射性核素
核素
238U 235U 234U 233U 237Np 239Pu 240Pu 241Pu 241Am 243Am 242Cm
半衰期 4.47×109a 7.0×108a 2.46×105a 1.6×105a 2.14×106a
毒性 低毒 低毒 极毒 极毒 高毒
放射体 α α α α α