2011年3月11日地震和海嘯后，福島核電站的6座反應(yīng)堆中有4座連續(xù)發(fā)生3次爆炸，導(dǎo)致2個(gè)安全殼破損，核燃料因自身放熱而熔化。

到2021年3月，核電廠區(qū)域共存有125萬(wàn)立方米的核廢水。但所有儲(chǔ)水設(shè)施的總?cè)萘考s為137萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2022年秋季將達(dá)到極限。

盡管受到各方反對(duì)，日本政府還是決定2023年開始將稀釋后的福島第一核電站的核污水正式排放大海。預(yù)計(jì)需要用30年排完上百萬(wàn)噸的核廢水。

德國(guó)海洋科學(xué)研究機(jī)構(gòu)指出，福島沿岸擁有世界上最強(qiáng)的洋流，從排放之日起57天內(nèi)，放射性物質(zhì)將擴(kuò)散至太平洋大半?yún)^(qū)域；計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，核廢水一旦排放入海，在海洋運(yùn)動(dòng)的作用下，它們只需三年就能擴(kuò)散至全球海洋的每一個(gè)角落。

根據(jù)美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所研究發(fā)現(xiàn)，即便經(jīng)過(guò)ALPS的過(guò)濾，福島核廢水依然含有氚、碳-14、鈷-60、鍶-90、釕-106、碘-129等多達(dá)63種放射性物質(zhì)殘留，其中碘-129會(huì)引發(fā)甲狀腺癌、鍶-90易致白血病。這些放射性物質(zhì)對(duì)人類具有潛在毒性，能在長(zhǎng)達(dá)幾千年的時(shí)間維度上，以非常復(fù)雜的方式影響海洋環(huán)境和人類未來(lái)幾代人的健康。

回顧歷史，核電發(fā)生泄漏的次數(shù)雖然不多，但每一次發(fā)生事故都是一場(chǎng)巨大的災(zāi)難。

隨著國(guó)內(nèi)新一輪核電站機(jī)組建設(shè)高峰的來(lái)臨，我國(guó)的核電站數(shù)量已有二十多個(gè)，機(jī)組數(shù)目五十多個(gè)。國(guó)家對(duì)核電安全、核污染防護(hù)處理、應(yīng)急處理、環(huán)境保護(hù)等的要求越來(lái)越高，相應(yīng)的技術(shù)需求也越來(lái)越迫切。

對(duì)放射性高危構(gòu)件的安全去污處理，是實(shí)現(xiàn)核能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。

而保障公眾健康安全、縮短場(chǎng)地監(jiān)護(hù)封存期、減少需永久封存的設(shè)備材料的體積等關(guān)鍵措施都取決于對(duì)放射性物質(zhì)的清洗程度。我們將從污染源、污染物、清洗方式三個(gè)方面闡明核電廢料的清理方法。

我國(guó)核電站分布

一、 產(chǎn)生的污染物種類

核電站產(chǎn)生的放射性物質(zhì)主要是堆芯的裂變產(chǎn)物，大部分被元件包殼包封，只有極少量的裂變產(chǎn)物通過(guò)破損的包殼泄漏到反應(yīng)堆冷卻劑中。分為氣體、液體及固體三種。

氣體廢物主要來(lái)源于核電站一回路冷卻劑，分為含氫廢氣和含氧廢氣。經(jīng)過(guò)處理后循煙囪向環(huán)境釋放。

液體廢物主要包括一回路冷卻劑排水及泄漏水、地板沖洗水、工藝疏排水、去污液和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排水。根據(jù)放射性廢液的不同來(lái)源，選擇使用蒸發(fā)、過(guò)濾或離子交換等處理方法將廢液分離成凈化液和濃縮液，從而達(dá)到廢水凈化的目的，再與核電站內(nèi)循環(huán)冷卻水混合及稀釋，然后直接排放出大海。

廢物處理示意

固體核廢物完全不向環(huán)境排放。其中中低水平的廢物占核電站產(chǎn)生的放射性廢物體積的97％～99％，如紙張、手套、塑膠容器、帶輻射的樹脂和化學(xué)沉淀物、過(guò)濾器等。中低放廢物數(shù)量大，放射性水平低，所含主要核素半衰期一般小于30年，因此，它們的最終采用近地表處置，將它們埋在深度不超過(guò)幾十米的近地表。

高放射性廢物“乏燃料”會(huì)放在燃料廠房?jī)?nèi)水池中貯存約十年，進(jìn)行冷卻排除余熱，以及待其放射性因衰變而隨時(shí)間減退后，再進(jìn)行后處理或埋藏于地下深層的高放射性廢物貯存庫(kù)內(nèi)。

二、產(chǎn)生核污染物的部件

核電站在運(yùn)行、預(yù)防性維修、退役的整個(gè)過(guò)程中都伴隨著放射性去污工作：

核電站在運(yùn)行過(guò)程中，結(jié)構(gòu)材料的腐蝕產(chǎn)物和一回路冷卻劑受中子活化形成放射性物質(zhì)，傳送、分配、沉積在系統(tǒng)的管道、閥門和水泵的表面。

隨著服役時(shí)間增長(zhǎng)，這些放射性物質(zhì)不斷積累，導(dǎo)致系統(tǒng)輻射場(chǎng)增強(qiáng)，工作人員受輻射劑量增加。因此，需要定期或不定期進(jìn)行放射性去污。

在運(yùn)行結(jié)束后：

1 核電廠的放射性物質(zhì)絕大部分在退役前或退役中會(huì)拆下被送到廢物庫(kù)處置；

2 對(duì)核設(shè)施內(nèi)的工藝設(shè)備清洗去污，降低輻射劑量，之后進(jìn)行污染場(chǎng)地去污；

3 對(duì)拆除的放射性廢物進(jìn)行分類檢測(cè)并進(jìn)行整備處理。

整個(gè)過(guò)程核電站從停止反應(yīng)堆到徹底完成退役可能長(zhǎng)達(dá)10-80年。

核電站結(jié)構(gòu)

三、 放射性廢物清洗方式

目前通常采用的放射性去污方法基本分為機(jī)械-物理法和化學(xué)法，前者包括機(jī)械擦拭、高壓水沖洗等，后者主要以強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液溶解表層氧化物。

傳統(tǒng)方式產(chǎn)生大量核廢水

目前來(lái)講，這些方法都有各自的局限與不足：

化學(xué)劑的去污效率低，產(chǎn)生大量放射性廢液；

電化學(xué)去污和超聲波清洗可處理材料尺寸有限，難以清洗大體積構(gòu)件；

干冰清洗法的去污因子較低，密封環(huán)境容易使人窒息死亡，攜帶不便；

高壓水槍清洗會(huì)產(chǎn)生大量的放射性廢水；

PIG去污技術(shù)只作用于管線清洗。

這些傳統(tǒng)去污方式效果有限，對(duì)使用場(chǎng)合和待清潔構(gòu)件的形狀、尺寸也有一定的限制，會(huì)產(chǎn)生大量廢水廢液；在去污對(duì)象上存在放射性廢物殘留，對(duì)構(gòu)件表面產(chǎn)生二次污染，給后續(xù)放射性廢物處理與處置帶來(lái)極大困難；此外，這些清洗方式多為人工近距離操作，將給操作人員帶來(lái)極大的健康威脅。

與此相對(duì)的是激光清洗在核電清洗中的優(yōu)勢(shì)。

用于核電站放射性污染去污的激光清潔系統(tǒng)，是針對(duì)核電站建筑物表面、現(xiàn)場(chǎng)工裝及工具、核電站管道、泵、各種水池等易被放射性污染的構(gòu)件(建筑物)表面實(shí)施放射性污染去污，可以快速降低作業(yè)對(duì)象的放射性水平同時(shí)實(shí)現(xiàn)作業(yè)對(duì)象的清潔的新型工業(yè)清洗方式。

激光清洗相比傳統(tǒng)清洗有著很多優(yōu)越性：

1 激光清洗是“干式”清洗，不需要清洗液或化學(xué)溶液等耗材，因此在核電站清洗過(guò)程中不產(chǎn)生廢液，不會(huì)有二次環(huán)境污染，是一種“綠色”的清洗方式。

2 激光清洗可實(shí)現(xiàn)非接觸處理，可設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)程序，加載安裝于機(jī)器人遙控車等遠(yuǎn)程控制上，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化遠(yuǎn)程清洗。無(wú)需操作人員接觸放射性廢物，從根本上隔絕了操控人員的健康威脅。

3 激光清洗能清洗各種材料表面的不同污染物，且達(dá)到最高潔凈度（Sa3）的同時(shí)不損傷基材，不會(huì)對(duì)核電站的設(shè)備壽命或性能造成影響。被認(rèn)為是最可靠、最有效的表面清洗方法。

當(dāng)然激光清洗也有它自身的缺陷所在，那就是它的潛力還遠(yuǎn)未被開發(fā)出來(lái)。

作為2018年只有百瓦級(jí)別的最新科技來(lái)說(shuō)，激光清洗目前最大的問(wèn)題就是高功率應(yīng)用問(wèn)題。在零部件清洗上激光清洗的優(yōu)勢(shì)一覽無(wú)遺，但在大型機(jī)械設(shè)備大面積清洗上效率不夠讓人滿意。這是因?yàn)閲?guó)外的高功率脈沖光纖激光器對(duì)我們國(guó)家進(jìn)行了技術(shù)封鎖，雖然我國(guó)的相關(guān)從業(yè)人員夜以繼日不懈攻關(guān)，但依然無(wú)法滿足如核電航空、航天船舶等領(lǐng)域的大面積清洗需求。

直到目前為止我國(guó)最高脈沖功率的激光清洗應(yīng)用仍停留1000W級(jí)別，個(gè)別領(lǐng)頭企業(yè)憑借工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)在此基礎(chǔ)上做出了突破，如深圳水滴激光就以獨(dú)有的復(fù)合激光清洗技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用6000W連續(xù)+1000W脈沖來(lái)達(dá)到2000W脈沖級(jí)別的清洗效率，做到獨(dú)步市場(chǎng).

但我們?nèi)砸_發(fā)高功率的激光清洗設(shè)備，因?yàn)楣β适切实幕?/p>

期待未來(lái)有一天，綠色、高效、可以遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作的激光清洗能全面替代傳統(tǒng)清洗方式：

一方面能更好地保護(hù)我國(guó)核電站的操作人員；

一方面也能做到更徹底的清洗，降低核電站的放射性污染物外泄的風(fēng)險(xiǎn)。

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