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高放废物地质处置安全评价方法

阅读:1004发布:2020-05-15

专利汇可以提供高放废物地质处置安全评价方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种高放废物地质处置安全评价方法,包括如下步骤:评价目标、安全要求和性能评价原则的确定;资料的获得及处置系统的描述;可能会影响长期性能的特征、事件和过程(FEPs)的识别;处置系统及其要素行为的概念模型与数学模型的建立与试验;有关景象的识别与描述;可能导致 放射性 核素从处置库到人类环境途径的确认;建立概念模型和数学模型的评价;评价可靠性的分析;评价结果与法规及安全要求进行比较,判定是否满足安全目标。本发明首次系统的提出了高放废物地质处置的安全评价方法,该方法能有效的指导安全评价工作的开展。,下面是高放废物地质处置安全评价方法专利的具体信息内容。

1.一种高放废物地质处置安全评价方法,包括如下步骤:
(S1)确定安全评价目标、安全要求和性能评价原则;
(S2)获得资料并对处置系统进行描述;
(S3)对会影响处置库长期性能的特征、事件和过程进行识别;
(S4)建立处置系统及其要素行为的概念模型和数学模型并进行试验;
(S5)对有关景象进行识别与描述;
(S6)对导致放射性核素从处置库到人类环境的途径进行确认;
(S7)对建立的所述概念模型和数学模型进行评价;
(S8)对评价可靠性进行分析;包括不确定性分析、灵敏度分析和质量控制;
(S9)将评价结果与法规及安全要求进行比较,判定是否满足安全目标。
2.如权利要求1所述的高放废物地质处置安全评价方法,其特征在于:步骤(S1)确定的安全评价目标中建议我国以0.1-0.3mSv/y作为现阶段高放废物地质处置安全评价和监管的参考;非正常景象下的公众防护目标值为:封闭的处置库造成的个体致命辐射险任何时候都不能超过10-6/y,事故情况下相关人员防护目标值为1mSv/y;深地质处置设施关闭后应满足1万年以上的安全隔离要求。
3.如权利要求1所述的高放废物地质处置安全评价方法,其特征在于:步骤(S2)中所述的资料包括:阐述处置库设计方案、处置对象以处置库工程屏障、处置场址特征的相关资料。
4.如权利要求1所述的高放废物地质处置安全评价方法,其特征在于:步骤(S3)对会影响处置库长期性能的特征、事件和过程进行识别的筛选方法包括:1)与法律、法规标准不相符合的特征、事件和过程排除;2)如果选择适当的地质环境,不可能影响地质处置安全的特征、事件和过程排除;3)通过适当的设计和处置库建造以及工程措施可以避免的特征、事件和过程排除;4)排除出现概率极其低的特征、事件和过程;5)出现的概率或后果被判定为可忽略的特征、事件和过程排除;6)相同的或者相近的影响因素合并。
5.如权利要求1所述的高放废物地质处置安全评价方法,其特征在于:步骤(S5)中所述的景象包括:(1)发生概率接近1的正常演化景象;(2)发生概率小于1的相对小概率事件景象;(3)发生概率远远小于1的假想景象。
6.如权利要求1所述的高放废物地质处置安全评价方法,其特征在于:步骤(S6)中核素从处置库释放后在地质介质中的迁移路径可分为2类:1)核素在地质介质中扩散迁移;2)核素随地下对流迁移;具体的路径信息需要根据地质调查资料进行确认;核素从地质介质释放到生物圈后对人类或其他物种造成影响的途径可以分为3类:1)饮用水内照射;2)食物(植物以及动物)内照射;3)所处环境中外照射;具体的照射途径需要根据具体生活习性和生活方式调查资料进行确认。
7.如权利要求1所述的高放废物地质处置安全评价方法,其特征在于:步骤(S7)中的评价指标包括基本指标和辅助指标,所述的基本指标包括风险和剂量,所述的辅助指标包括核素浓度、通量和时间。

说明书全文

高放废物地质处置安全评价方法

技术领域

[0001] 本发明属于放射性废物处置技术领域,具体涉及一种高放废物地质处置安全评价方法。

背景技术

[0002] 高放废物处置是当前国际上放射性废物管理的难点问题之一,《放射性污染防治法》和《放射性废物安全管理条例》已明确规定我国对高放废物实施集中的深地质处置。《核电中长期发展规划》和《核安全与放射性污染防治“十二五”规划和2020年远景目标》提出我国要在2020年建成高放废物地质处置地下实验室。
[0003] 长期安全是高放废物地质处置的基本出发点,也是高放废物地质处置的核心问题。高放废物具有放射性活度浓度高、发热量大、核素半衰期长、毒性大等特点,决定了处置工程要求的安全级别高、周期长。《放射性废物安全管理条例》规定高放废物地质处置的安全隔离期不得少于1万年。
[0004] 安全评价技术研究的特点:
[0005] (1)是高放废物地质处置中一个重要的组成部分
[0006] 处置工程、场址选择及评价、处置化学和安全评价共同组成了高放废物处置技术的总体构架,这四部分之间是相互联系、相互影响的。就安全评价来说,一方面它以其它方面的研究结果为基础,另一方面它的研究结果又能为其它研究提供反馈意见。
[0007] (2)安全评价贯穿高放废物地质处置研究的全过程
[0008] 从处置库的规划、选址、建造、运行直至关闭和关闭后监护等活动都涉及到安全评价问题。
[0009] (3)安全评价本身是一个系统工程
[0010] 其研究内容包括了总体安全目标的确定及分解、技术标准体系建立、景象分析、模式开发及验证、参数编评、灵敏度和不确定性分析等方面;
[0011] (4)安全评价技术研究是逐步递进的
[0012] 由于每一阶段所掌握的知识和可获得的数据不同,因此各屏障系统的安全评价都是一个不断完善的过程;处置系统总体安全评价也是一个逐步递进、不断完善的过程。换句话说,安全评价不是一次性工作,应随着知识和数据的增加,不断地改进完善,并对具体工作要起到指导性作用。
[0013] 安全评价是高放废物处置研究开发的重要组成部分,是高放废物地质处置的难点技术之一。安全评价对高放废物地质处置的作用可以概括为:国家审批的先决条件,公众接受的说理基础,与核电安全媲美的废物安全系统工程的形象标志,科技攻关中多学科内在连接的韧带,实现复杂的多重屏障系统整体优化的手段,确定系统各组成部分性能要求的依据。开展高放废物地质处置安全评价方法研究,能更好的指导高放废物地质处置的安全评价工作,具有一定的紧迫性与创新性。

发明内容

[0014] 本发明的目的是为了指导高放废物地质处置安全评价工作的开展,提供一种高放废物地质处置安全评价方法。
[0015] 本发明的技术方案如下:一种高放废物地质处置安全评价方法,包括如下步骤:
[0016] (S1)确定安全评价目标、安全要求和性能评价原则;
[0017] (S2)获得资料并对处置系统进行描述;
[0018] (S3)对会影响处置库长期性能的特征、事件和过程(FEPs)进行识别;
[0019] (S4)建立处置系统及其要素行为的概念模型和数学模型并进行试验;
[0020] (S5)对有关景象进行识别与描述;
[0021] (S6)对导致放射性核素从处置库到人类环境的途径进行确认;
[0022] (S7)对建立的所述概念模型和数学模型进行评价;
[0023] (S8)对评价可靠性进行分析;包括不确定性分析、灵敏度分析和质量控制;
[0024] (S9)将评价结果与法规及安全要求进行比较,判定是否满足安全目标。
[0025] 进一步,如上所述的高放废物地质处置安全评价方法,其中,步骤(S1)确定的安全评价目标中建议我国以0.1-0.3mSv/y作为现阶段高放废物地质处置安全评价和监管的参考;非正常景象下的公众防护目标值为:封闭的处置库造成的个体致命辐射险任何时候都不能超过10-6/y,事故情况下相关人员防护目标值为1mSv/y;深地质处置设施关闭后应满足1万年以上的安全隔离要求。
[0026] 进一步,如上所述的高放废物地质处置安全评价方法,其中,步骤(S2)中所述的资料包括:阐述处置库设计方案、处置对象(废物体)以处置库工程屏障、处置场址特征的相关资料。
[0027] 进一步,如上所述的高放废物地质处置安全评价方法,其中,步骤(S3)对会影响处置库长期性能的特征、事件和过程(FEPs)进行识别的筛选方法包括:1)与法律、法规标准不相符合的FEPs排除;2)如果选择适当的地质环境,不可能影响地质处置安全的FEPs排除;3)通过适当的设计和处置库建造以及工程措施可以避免的FEPs排除;4)排除出现概率极其低的FEPs;5)出现的概率或后果被判定为可忽略的FEPs排除;6)相同的或者相近的影响因素合并。
[0028] 进一步,如上所述的高放废物地质处置安全评价方法,其中,步骤(S5)中所述的景象包括:(1)发生概率接近1的正常演化景象;(2)发生概率小于1的相对小概率事件景象;(3)发生概率远远小于1的假想景象。
[0029] 进一步,如上所述的高放废物地质处置安全评价方法,其中,步骤(S6)中核素从处置库释放后在地质介质中的迁移路径可分为2类:1)核素在地质介质中扩散迁移;2)核素随地下对流迁移;具体的路径信息需要根据地质调查资料进行确认;核素从地质介质释放到生物圈后对人类或其他物种造成影响的途径可以分为3类:1)饮用水内照射;2)食物(植物以及动物)内照射;3)所处环境中外照射;具体的照射途径需要根据具体生活习性和生活方式调查资料进行确认。
[0030] 进一步,如上所述的高放废物地质处置安全评价方法,其中,步骤(S7)中的评价指标包括基本指标和辅助指标,所述的基本指标包括风险和剂量,所述的辅助指标包括核素浓度、通量和时间。
[0031] 本发明的有益效果如下:本发明针对高放废物处置研究工作,首次系统的提出了高放废物地质处置安全评价方法,从而能够更好的指导高放废物地质处置安全评价工作的开展。附图说明
[0032] 图1为本发明高放废物地质处置安全评价方法流程图

具体实施方式

[0033] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0034] 本发明所提供的是高放废物地质处置安全评价的一整套方法和步骤,基本流程如图1所示,包括如下步骤:
[0035] (S1)确定安全评价目标、安全要求和性能评价原则(具体见下文)。
[0036] (S2)获得资料并对处置系统进行描述;所述的资料包括:阐述处置库设计方案、处置对象(废物体)以处置库工程屏障、处置场址特征的相关资料。
[0037] (S3)对会影响处置库长期性能的特征、事件和过程(FEPs)进行识别(筛选方法见下文)。
[0038] (S4)建立处置系统及其要素行为的概念模型和数学模型并进行试验;所述的概念模型和数学模型是指根据处置库设计方案、处置对象(废物体)以处置库工程屏障、处置场址特征的相关资料简化的模型,这些模型可用描述和分析处置安全评价具有重要意义的特征、事件和过程,模型的建立方法是本领域的现有技术
[0039] (S5)对有关景象进行识别与描述;所述的景象包括:(1)发生概率接近1的正常演化景象;(2)发生概率小于1的相对小概率事件景象;(3)发生概率远远小于1的假想景象。
[0040] (S6)对导致放射性核素从处置库到人类环境的途径进行确认;核素从处置库释放后在地质介质中的迁移路径可分为2类:1)核素在地质介质中扩散迁移;2)核素随地下水中对流迁移;具体的路径信息需要根据地质调查资料进行确认;核素从地质介质释放到生物圈后对人类或其他物种造成影响的途径可以分为3类:1)饮用水内照射;2)食物(植物以及动物)内照射;3)所处环境中外照射;具体的照射途径需要根据具体生活习性和生活方式调查资料进行确认。
[0041] (S7)对建立的所述概念模型和数学模型进行评价;包括过程模式计算分析和系统模式计算分析(见下文描述),计算分析方法属于本领域的现有技术。
[0042] (S8)对评价可靠性进行分析;包括不确定性分析、灵敏度分析和质量控制(见下文描述)。
[0043] (S9)将评价结果与法规及安全要求进行比较,判定是否满足安全目标。
[0044] 高放废物地质处置是一个非常庞大的系统工程,就处置目标而言,不仅涉及到对当代人和当前环境的保护、而且涉及到对后代和未来环境的保护,影响因素包括自然环境、安全、社会、经济发展、公众接受等多个方面,因此高放处置是一种多目标、多因素的决策,而不能只考虑个别因素。安全评价目标的提出应该综合考虑如下的因素:(1)高放废物地质处置自身的特性,包括废物特性、处置工程特点(包括潜在危害和风险);(2)保护对象,人和环境,现在和未来,涉及到代际公平;(3)保护到何种程度,辐射防护准则,风险等等;(4)保护的时间尺度;(5)辅助安全指标(一些更直接证明处置库各屏障及屏障组合安全性能的指标),公众接受度等等。
[0045] 安全目标建议
[0046] 1)参照其他国家制定的目标值,如日本规定辐射剂量的目标值应与海外监管组织规定的数值比较;比利时分析了其他国家已制定的安全目标值,以0.1-0.3mSv/y作为其开展地质处置安全评价工作的参照。鉴于我国已制定低中放废物处置场的剂量约束值,建议我国以0.1-0.3mSv/y作为现阶段高放废物地质处置安全评价和监管的参考。
[0047] 2)参照各国的安全评价结果、各国关于非正常景象下的公众防护目标值的相关法律规定以及人类侵入景象下的相关防护目标值提出如下的非正常景象下的公众防护目标值:封闭的处置库造成的个体致命辐射风险任何时候都不能超过10-6/y,事故情况下相关人员防护目标值为1mSv/y。
[0048] 3)评价的时间尺度方面:鉴于我国处于地质处置库选址与概念设计的初级阶段,以及处置系统长期演化、废物管理政策、代际公平和社会伦理概念的极大不确定性,结合ICRP、IAEA的理念和各国的具体实践,建议对处置库在关闭后1000年以内的安全性以设定的剂量目标值进行定量分析,在更长时间尺度上,考虑以风险、核素浓度等为指标的其他目标值。深地质处置设施关闭后应满足1万年以上的安全隔离要求。
[0049] 特征、事件和过程(FEPs)描述的方式及景象分析方法
[0050] 一般可以将景象开发工作分为三部分:一是构建特征、事件与过程等影响因素清单(简称:FEP清单);二是FEPs筛选和景象构建;三是景象选择与分析。
[0051] 具体步骤如下:
[0052] (1)全面描述处置库系统(废物体、处置库和周围地质与自然环境);
[0053] (2)定义并量化影响系统未来行为的主要现象(自然过程及其相互作用);
[0054] (3)全面组织上述现象组成系统的FEPs,建构未来系统演化的景象;
[0055] (4)将这些景象转化为模型和后果分析的计算情形。
[0056] 在对处置系统安全分析中的关键工作是全面地鉴别(确定)对处置库安全存在潜在影响的相关因素,通常称之为特征、事件和过程(FEPs),并合理地筛选出应包括在安全评价中的FEPs,用以识别可能影响处置库长期安全的因素,从而帮助建立一个合适的安全评价模型。对FEPs鉴别、分类和筛选的过程通常称之为FEP分析。这是景象开发的第一步,通过法规标准、影响、发生概率等方法来筛选FEPs,具体的一些筛选方法包括:1)与法律、法规标准不相符合的FEPs排除;2)如果选择适当的地质环境,不可能影响地质处置安全的FEPs排除;3)通过适当的设计和处置库建造以及工程措施可以避免的FEPs排除;4)排除出现概率极其低的FEPs;5)以目前的知识为基础与上面那些列出的相比,出现的概率或后果被判定为可忽略的FEPs排除;6)相同的或者相近的影响因素合并。
[0057] 首先采用自下而上的方法(bottom up):1)收集国际上已有的FEPs清单,对清单进行汇总分析;2)结合我国自身的情况来进行FEPs的筛选(根据我国的法律法规,发生概率的大小、时间跨度、影响的重要性等方面进行),见表1、表2;3)结合自上而下的方法(Top-Down);4)对高放废物地质处置场的基本安全功能(Safety functions)进行详细的分析,见表3;5)对这些安全功能进行充分的细化并分解布局到处置场的各个屏障组成部分且要考虑到与时间的相关性;6)从屏障的安全功能出发来分析可能的影响因素(FEPs)。
[0058] 表1我国FEPs清单的影响表分析法(关联性分析)
[0059]
[0060] 1注:热对系统的影响分数是19分,系统对热的影响分数是10分,表面热对系统的影响大于系统对热的影响。
[0061] -4分:危及的、临界的、相当重要的相互作用;
[0062] -3分:强烈的相互作用;
[0063] -2分:中等程度的相互作用;
[0064] -1分:弱的相互作用;
[0065] -0分:没有相互作用。
[0066] 表2我国FEPs清单的影响表分析法(概率性分析)
[0067]
[0068]
[0069] 表3系统的安全功能及影响因素分析(自上而下法)(FEPs)
[0070]
[0071] 从FEPs清单出发,通过上述方法形成了如下三类景象:
[0072] 1)正常演化景象(发生概率接近1);
[0073] 2)相对小概率事件景象(发生概率大大小于1);
[0074] 3)假想景象(发生概率远远小于1,主要用于分析单个屏障在整个屏障系统中的作用)。
[0075] 处置系统及其要素行为的概念模型和数学模型的建立和计算机数值模拟计算包括如下模式:
[0076] 一、过程模式
[0077] 1)对过程的详细描述,理解,测试安全功能
[0078] 2)学(ADINA,FLAC)
[0079] 3)水力学及物质运输(OpenGeoSys,TOUGH2)
[0080] 4)热力学传输(HEATING)
[0081] 5)两相流(TOUGH2)
[0082] 6)化学(PHREEQC,PHAST)
[0083] 二、系统模式
[0084] 1)一般是计算核素迁移
[0085] 2)近场,远场,生物圈模型
[0086] 安全指标的特点是直观,可直接用于民众交流和行政审批,直接对接模型计算结果和法律规定。
[0087] 安全评价方面:风险和剂量一般作为安全评价的基本指标,除剂量和风险等基本指标之外,可用于高放废物地质处置安全评价的指标还包括核素浓度、通量和时间等,通常称之为辅助指标。这些指标不包括生物圈和人类行为的信息,减少了长时间尺度上受照路径的不确定性。
[0088] 屏障方面:首先按照近场、远场、生物圈进行大的分类,然后按照玻璃固化体、包装容器、缓冲回填材料、围岩、生物圈等各屏障系统对相关的重要指标进行分类,如表4、表5所示,包含的一些关键指标是:浸出率、腐蚀速率、岩石渗透系数等等一系列的指标,这些指标参数的必须通过实验才能获取。
[0089] 场址方面:按照十大因素:地质条件、未来自然变化、水文地质条件、地球化学、人类活动、建造与工程条件、废物运输、环境保护、土地使用、社会经济与人文条件为指标进行分类。各阶段的指标体系以选址导则提出的十大因素为一级指标进行分类,但是针对不同的场址有所不同。
[0090] 表4按照近远场分类的安全指标体系
[0091]
[0092]
[0093] 表5各屏障系统安全特性和安全指标示意表
[0094]
[0095] 不确定性分析
[0096] 一般来说,在深地质处置的安全评价中应考虑两个主要的不确定性来源。一个是模型反映真实系统的程度。这种不确定性与模型的输入有关,即与处置系统的描述、场址特性、处置库的工程特性和它们与环境的相互作用,以及建模本身有关。另一个不确定性与设施及其环境的长时期演变的不可预测性有关。
[0097] 不确定性的第一个来源应通过提高场址特性描述和废物数据的质量、改善设施设计的细节、改进概念模型和景象选择的方法来减小。目标应是估算不确定性,并把它降低到可接受的水平,或者降低到已经证明对深地质处置库性能不再重要的水平。对于第二个不确定性来源,应当予以检验,以便了解由于未来的破坏事件导致处置设施性能的可能变化。这种检验的结果可提供下述的合理保证:即使模型的结果可能是不确定的,处置系统也将是安全的。因此,对监管决定来说,灵敏度分析和不确定性分析的重要性是将其作为一种工具,用来评价在存在不确定性的情况下是否符合安全要求。如果用其他的工具,如一种可以证明保守的模型,表明能符合安全标准,显然就可以不做不确定性分析。
[0098] 在景象开发中,不确定性主要来源于可能忽略了一个重要的景象。对所选景象进行同行审议,有助于并且应被用来减小这种不确定性。
[0099] 同样,对于场址概念模型和数值模型开发过程中的不确定性,应当通过同行审议来评估。一般的趋势是使用便于解释和计算的简单模型。在概念模型和数值模型研发中,由简化过程引起的不确定性,往往可用附加的建模研究和数据采集来确定。此外,模法和中间计算结果的仔细分析会增加对系统的理解。这能进一步降低模型的总不确定性。然而一个过于复杂的模型要求更多的数据,并且这些数据可能是不确定的,可能引起结果的更大不确定性,或这些数据根本是得不到的。
[0100] 固有的不确定性在对极端景象或边界景象,或对概率评价的结果进行认真的分析之后,有些是可以忽视的,但只有当它们对处置系统的影响几乎很小时才是可以忽视。其他的不确定性,是无法严格定量预测的,特别是对于那些由未来社会经济条件决定的人类行动引起的不确定性,或在太遥远的未来气候条件的重大变化引起的不确定性尤其如此。在这种情况下,为了解对处置设施的潜在影响,可以进行程式化的计算。虽然在这种情况下只能做定性的推导,但仍可能指出多种提供安全保证的因素,并对每一个因素从其是否继续有效的度评论不确定性随时间的增加。安全评价依据的是概念模型,它的主要目的是提供一个使分析能够进行的框架。在合适的数学模型可被导出和有了数据的情况下,就能做定量的评价。否则,只能做定性的评价。这并不是使评价过程无效,而是使它更依赖于专家们的定性判断意见,并在可能的情况下给予计算支持。然而在这个框架内,专家判断的依据应仔细地写成文件,以便作为安全评价的一部分加以研究。对于评价提供的计算详细程度所反映的资料可靠性,以及结果解释中所反映的资料可靠性,也应当加以注意。
[0101] 灵敏度分析
[0102] 为了确定深地质处置设施的预计行为是怎样和多大程度上取决于所用的概念模型、模型适用的景象和作为模型输入来描述系统的参数的变化,应该对系统进行分析。如果结果对初始条件和边界条件是敏感的,那么必须要收集更大范围的数据,包括从场址得到的经修正的测量结果。过程应集中注意模型对可合理预期的不同景象和不同照射途径的灵敏度。如果肯定评价对这些参数是敏感的,则应考虑进一步评估这些参数。
[0103] 作为深地质处置库安全评价灵敏度分析的第一步,应考虑单个参数变化和几个参数组合的变化。对某些参数极端但合理的变化应予考虑,因为这可能改变不同途径的相对重要性,并使模型不再适用。
[0104] 虽然为此可用几种方法改变参数值,但要慎重制订分析计划,以保证由计算机程序选出的参数组合在物理上是合理的。不是不可能的或实际上行不通的。另外,应规划好演算的输出,以便保存确定敏感组合和识别敏感参数所需的资料。
[0105] 应该用灵敏度分析来指导为改进模型构造、景象开发和补充数据收集所进行的迭代过程。敏感分析结果应该表明何处的设计特征应该有效地加以改善,以产生更好的效能。
[0106] 参数的不确定性是应该用不确定性分析方法加以处理的那一类不确定性。
[0107] 在安全评价中,应当用参数来表示由于变异(如围岩渗透性的变化)和事件的发生(如地震位置、发生时间和级别)引起的不确定性。不确定性分析应当重点考虑那些被灵敏度分析证明是对确定安全评价结果有重要影响的参数,通常使用的方法与旨在为深地质处置库建立预测性能范围的单变量变化或多变量变化的灵敏度分析技术有关。简单的极限分析,虽然一般应该产生关于性能范围的充分资料,但应注意,系统非常复杂,使得依据逐个参数得到的极值并不总能够产生系统的极限行为。蒙特卡罗分析法基于输入参数变化估计值的统计分析也能提供预期结果的分布。当为蒙特卡罗分析确定输入分布和诸参数间的关联时,需要听取专家的意见。这种意见,必要时应以正式的和被记录的方式提出。
[0108] 显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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