日本核循环发展——高中低放废料处置

日本针对核废料问题的核心对策是再处理，提取铀和钚作为核燃料重新投入使用。但处理过程中仍会产生高放射性废物，针对这些放射性废料，日本决定将其深埋到300米以下的地层中。

1、高放废料

1995年，日本第一个高放射性废物(HLW)临时储存设施——玻璃化废物储存中心——在六所村处理厂开放。

第一批来自欧洲的玻璃化高放废物(日本燃料再加工)也于同年运抵，最后一批在2007年从法国运抵，共12批。期间六所村存储厂总共存储了1310罐玻璃化废物。

2010年再次开放，第一批于2010年3月从英国发货1850罐，约11批。其中包括等量的高放废物，以避免运输更多的低放废物(LLW)。

2005年，东京电力公司和日本电力公司宣布，将在陆奥市建立一个容量为5000吨的可回收燃料储存中心，以便在乏燃料进行再处理之前提供长达50年的临时储存。

日本的高放废物研发计划始于1976年，技术可行性进展报告于1992年和2000年发表。

2000年5月，日本议会(国会)通过了《特定放射性废物最终处置法》(“最终处置法”)，该法规定对高放射性废物(定义为后处理乏燃料产生的玻璃化废物)进行深度地质处置。

为此，私营部门于2000年10月成立了核废物管理组织(NUMO)，以实施高放废物地质处置项目。

2、存储地选址

NUMO启动了选址过程，公开征集志愿存储城市，以探索构建最终存储库的可行性。

2002年12月日本政府宣布了公开招标办法，并向日本所有城市发送了信息包。

2007年修订了《最终处置法》，将用于地质处置的超铀废物包括在内：核燃料循环中燃料后处理和其他过程中产生的某些类型的长寿命低热废物。

NUMO负责制定处置计划，包括选址、技术示范、许可证发放、建造、运营、监控可回收存储50年以及关闭存储库。

预计到2020年，将有大约40000罐玻璃化高放废物需要处理——这是日本核电站在此之前产生的所有废物。

2007年通过的《补充废物处理法案》指出，最终处理是稳定执行核政策的最重要问题，同时呼吁政府主动通过促进安全和区域发展，帮助全国公众了解这一问题，同时能够确定和顺利选择好最终的处置地点。

法案还呼吁与其他国家合作改进处置技术，必要时修订安全法规，并努力恢复公众信任。

例如，建立一个更有效的检查系统，以防止数据伪造和掩盖发生的事故。

预计到2030年第三阶段选址结束。

3、政府积极参与

日本政府决定积极参与这一过程。

2013年10月，经济产业省自然资源和能源局(ANRE)成立了一个工作组，参考NUMO的工作，重新评估2000年以来的地质处置技术和开发。

在2014年4月报告说，日本各地都有潜在的存储库站点。

经济产业省大臣在2013年表示：“政府将在选择永久地点方面发挥积极作用。我们将放弃目前主动申请的制度。”

2014年4月，高放废物处理是新的基本能源计划的一部分，其中包括促进新过渡体和干储存设施的建设和使用。

2015年5月，内阁批准了这一积极做法。一旦可能的地点在AEC监督下入围，日本政府将寻求当地政府的同意，以实施深层地质处置库的计划。

2016年1月，ANRE就一份中期报告征求了专家的意见，该中期报告涉及最终处置高放废物的“具有科学前景的场地”的具体要求和标准。

根据2016年8月和2017年3月的两次公开征求意见以及其他信息，日本经济产业省自然资源和能源咨询委员会下属的地质处置工作组于4月提交了一份报告，题为《全国地质处置科学特征图要求和标准概述》。

2017年7月，日本经济产业省在NUMO网站上发布了一份基于这些要求和标准的科学特征图确定的要求和标准。

该地图确定了可能满足存储库所需地质要求的区域，并可纳入未来详细选址调查。

地图显示了由于靠近火山或活动断层而不适合存储库的区域。由于未来钻探活动的潜力，拥有矿产资源的区域也被排除在外。

福岛县也被排除在外，以避免任何进一步的“负担”，由于1995年的协议，青森县六所村也被排除在外。

4、候选地确定

日本北海道寿都町(图源：网络)

2020年11月，日本贸易和工业大臣批准了对寿都町和神惠内潜在地点的调查。(相关内容可见往期推文：日本在北海道开始进行核废料选址调查)

这两个地点位于北海道电力公司泊居核电站南部和北部。

储存库的3700亿日元(330亿美元)成本将由电力公司(以及其客户)以0.2日元/ kWh价格累积的资金支付给NUMO。

到2015年，已经筹集到1万亿日元。该金额不包括政府向当地社区支付的任何经济补偿。

日本高放废物处置概念的技术方面是基于JAEA下几十年的工作，涉及对日本地质中的处置库要求进行一般评估。

5、核废料处置理论概念

芬兰西海岸的奥尔基卢奥托岛，目前正在建造全球成本最高、储存时间最长的核废料储存库(图源：网络)

自2000年以来，北海道的幌延町地下研究中心一直在调查约500米深的沉积岩，2005年11月开始建造地下竖井和760米长的廊道。主要选择在日本地震稳定的地区。

JAEA在土歧市运营着Tona地球科学中心，并在岐阜县建造了一个类似的设施，即Mizumi地下研究实验室(MIU)，在大约1000米深的火成岩中。

在基本储存库设想中，主要是将大约20个高放废物罐密封在一个巨大的钢桶或外包装中，并用膨润土粘土将其包围。

NUMO在此基础上构建了设计选项，包括允许长时间检查和检索的选项。

特别是出现了洞穴可回收(CARE)概念，这个概念涉及两个不同的阶段：通风的地下洞穴，核废料位于完全可接近的外包装(屏蔽)中，然后在300年左右的时间后回填和密封洞穴。

在初始机构控制期，允许废物的放射性衰变，从而在第2阶段大大降低热负荷。因此，与其他处置概念相比，该概念允许更高密度的废物。

CARE概念可适用于乏燃料，因此，容器与运输容器相似，只是在回填和密封洞穴之前，由于较高的热量和辐射输出所需的屏蔽层可以移除。

乏燃料回收是可能的，它代表了一个重要的潜在燃料资源(通过后处理)，而玻璃化高放废物则不是。

干式贮存容器(图源：网络)

此外，由于需要进行安全检查，乏燃料需要易于接近。如果贫化铀被视为废物，则最终的回填可能包括贫化铀。

2004年，METI估算了从2005年起80年内对乏燃料进行再处理、回收其裂变材料和管理所有废物的成本。

80年来的总成本约为19万亿日元，按3%的贴现率计算，每千瓦时成本约为1日元(0.9美分)。

这些成本中约三分之一仍将发生在一次性燃料循环中，同时高放射性废物处置成本和铀燃料供应成本也将增加。

然而，日本的政策是基于能源安全而非纯粹的经济标准。

根据新的后端法律，高放废物管理资金和研究中心(RWMC)作为独立的资金管理机构，2005年10月改变了高放废物的资金安排。

公用事业公司持有的所有储备将被转移到该部门，然后公司根据再处理的需要进行退款。

6、中低放核废料

JNFL在六所村运营着一个大型低放射性废物储存设施。

日本经济产业省与JNFL和FEPC正在寻求青森县的许可，在青森县的后处理厂附近进一步扩展低放射性废物储存能力。特别是对于低放射性废物和2013年从法国返回的国际指定低放核废料。

JNFL于2018年5月宣布，计划在六所村建立一个新设施，用于处置42240立方米中低放射废物。

工程将于2020年4月开工，并于2023年投产。该工程将与现有的两座低放射性废物储存厂相邻，两座低放射性废物储存厂各可储存40000 m3。

2018年初，六所村存储厂储量已满75%。同时，在六所村正在积极进行关于处理中级废物的试验。