高放廢液主要是指乏燃料后處理廠的共去污循環(huán)工段的萃余水相，即后處理第一個溶劑萃取周期產(chǎn)生的剩余物。高放廢液由硝酸溶液中的硝酸鹽混合物組成，含有乏燃料中存在的大多數(shù)非氣態(tài)裂變產(chǎn)物（ 大于99.9％ ），極少量的鈾和钚，以及活化產(chǎn)物，鋼、鐵、鎳、鉻的腐蝕產(chǎn)物，還可能含有其他后處理過程添加的化學(xué)品，如鈉、釓、鎘、硼、氟。

高放廢液的特點(diǎn)是放射性含量高、釋熱量大。因此在貯存、處理和運(yùn)輸過程中需要特殊的防護(hù)，一般情況下會進(jìn)行玻璃固化再運(yùn)輸及最終處置，少數(shù)情況下會直接運(yùn)輸。

高放廢液運(yùn)輸容器的開發(fā)對確保其運(yùn)輸安全至關(guān)重要。法國、美國、德國、比利時曾在場內(nèi)和公共道路上運(yùn)輸過高放廢液。其中法國、美國、德國研發(fā)了一系列適用于高放廢液的運(yùn)輸容器。本文主要論述國外高放廢液運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)、高放廢液運(yùn)輸?shù)膶?shí)踐以及相關(guān)容器的使用和研發(fā)情況。

國際組織高放廢液運(yùn)輸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

多個國際組織已制定了放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆ㄒ?guī)標(biāo)準(zhǔn)，已被多個國家的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所采納。國際原子能機(jī)構(gòu)自1961年開始發(fā)布相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，如《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸條例》，以及放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)氖鹿薯憫?yīng)、輻射防護(hù)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等相關(guān)導(dǎo)則等。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO ）、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會（ UNECE ）、國際鐵路貨物運(yùn)輸政府間組織（ OTIF ）、國際民航組織（ ICAO ）、國際海事組織（ IMO ）等組織也制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

放射性廢物的貨包可以分為五類：豁免貨包、工業(yè)貨包、A型貨包、B型貨包、C型貨包。工業(yè)貨包又可以分為三類：1型、2型、3型工業(yè)貨包，安全性能要求逐級提高。A型貨包適用于醫(yī)用放射性藥物等工業(yè)材料，B型貨包適用于放射性更高的材料，其釋放通常會對公眾或環(huán)境造成重大危害，如乏燃料棒。高放廢液的容器亦屬于B型貨包。B（M）型貨包的要求比B（U）型貨包更嚴(yán)格，其貨包設(shè)計(jì)、裝運(yùn)均需要原裝運(yùn)國及途徑主管部門批準(zhǔn)。

高放廢液運(yùn)輸實(shí)踐

通常情況下，高放廢液就地進(jìn)行后處理和玻璃固化，不考慮轉(zhuǎn)運(yùn)。法國、英國等國家具備商業(yè)后處理的能力，法國阿格乏燃料后處理廠。法國、美國、德國、比利時等國家已有高放廢液運(yùn)輸?shù)慕?jīng)驗(yàn)，主要是因?yàn)楦叻艔U液產(chǎn)生地不具備處理能力或即將退役，因此需要直接運(yùn)輸液體到場內(nèi)其他設(shè)施或場外其他地區(qū)。本節(jié)將概述法國、美國、德國和比利時的高放廢液運(yùn)輸狀況，其時間和距離如表1所示，場外運(yùn)輸可達(dá)到700公里至2000公里，場內(nèi)為幾百米或幾公里。

法國

法國高放廢液主要在科研設(shè)施場內(nèi)運(yùn)輸，場外運(yùn)輸?shù)陌咐邱R爾庫爾玻璃固化廠（AVM）停用后，高放廢液和泥漿轉(zhuǎn)運(yùn)至阿格后處理廠進(jìn)行處理。法國馬爾庫爾玻璃固化廠于1978~1997年運(yùn)行，以該廠為原型建造的阿格核燃料后處理廠負(fù)責(zé)處理法國境內(nèi)58座核反應(yīng)堆，以及來自澳大利亞和日本等國家的乏燃料。玻璃固化設(shè)施R7、T7于1989年、1992年開始投入使用，每年分別可處理800 tHM乏燃料。阿格后處理廠通過歐安諾子公司ORANO TN進(jìn)行放射性物質(zhì)運(yùn)輸。2019年，阿格場外運(yùn)輸約1300次放射性物質(zhì)，場內(nèi)運(yùn)輸約8880次。2015年，法國通過LR56儲罐分4次將豐特奈—玫瑰中心18號建筑物去污產(chǎn)生的10 m3α廢水運(yùn)輸?shù)今R爾庫爾污水處理廠進(jìn)行處理。

法國曾多次利用自研的容器開展高放廢液的場內(nèi)運(yùn)輸。1955年法國原子能委員會決定高放廢液集中處理，研發(fā)最大裝載能力為200 L 的“灰姑娘”（CENDRILLON）容器，1969年在后處理示范廠（PIVER）用于運(yùn)輸高放廢液。法國薩克萊研究中心又研發(fā)了用于運(yùn)輸高放廢液的LR44、LR56半掛式車輛，運(yùn)輸能力為1.28 m3、4.5 m3。截至1994年，法國原子能委員會在薩克萊用LR44完成了200次以上的高放廢液運(yùn)輸，運(yùn)輸量達(dá)到33×1015Bq。馬爾庫爾2270 m3高放廢液被轉(zhuǎn)移至馬爾庫爾玻璃固化廠并進(jìn)行玻璃固化。2014年，法國原子能和替代能源委員會用LR56儲罐進(jìn)行高放廢液的場內(nèi)運(yùn)輸。

美國

美國高放廢液主要在科研設(shè)施內(nèi)進(jìn)行場內(nèi)運(yùn)輸。薩凡納河、西瓦利、漢福德等地建設(shè)了玻璃固化設(shè)施。1995年美國國家能源局采購了法國研發(fā)的LR56容器，在漢福德場址、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、薩瓦納河場址用于在場內(nèi)運(yùn)輸B型放射性廢液。

美國曾從加拿大運(yùn)輸高放廢液。喬克河實(shí)驗(yàn)室用高濃鈾生產(chǎn)醫(yī)用同位素鉬-99，無法把副產(chǎn)品液態(tài)高濃鈾轉(zhuǎn)化為固體，因此將其返回美國。高放廢液總量約為6000加侖（22.7 m3 ）。廢物存儲在0.057 m3的桶中。2017年至2020年美國使用美國核保險國際公司研發(fā)的容器（ NAC-LWT B型 ）將喬克河實(shí)驗(yàn)室高放廢液運(yùn)輸?shù)剿_瓦納河場址，共計(jì)115次、24萬公里。

德國

德國建有后處理示范廠，無商用設(shè)施，主要把乏燃料運(yùn)輸?shù)椒▏陀M(jìn)行后處理，2000年決定停止后處理，具有豐富的乏燃料和玻璃固化體運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)，但僅在場內(nèi)運(yùn)輸過高放廢液?？査刽敹蚝筇幚韽S（ WAK ）1971年至1990年處理了超過200噸來自不同實(shí)驗(yàn)堆和核電站的乏燃料。1987年德國將高放廢液從卡爾斯魯厄后處理廠舊的高放廢液貯存廠房（ HWL ）轉(zhuǎn)移到新的高放廢液貯存廠房（ LAVA ）。通過蒸汽發(fā)射器分批轉(zhuǎn)移貯存16年的約63 m3高放廢液，每批1.5 m3。沉積物的數(shù)量很小（ 重量約0.92% ），裂變钚的含量僅為2.4 kg，占固體總量700 kg的0.34%?？査刽敹蚝筇幚韽S于1991年停止使用并開始拆除。這些高放廢液在卡爾斯魯厄玻璃固化廠（VEK）進(jìn)行玻璃固化后的廢物包被裝入德國核服務(wù)公司（GNS）研發(fā)的容器（CASTOR）中，并于2011年運(yùn)輸?shù)礁窭追蛩雇郀柕碌闹虚g貯存設(shè)施。

比利時

歐洲多個國家在比利時共同建造了世界上第一個后處理廠（Eurochemic），該廠于1974年停止運(yùn)行，47 m3 高放廢液被轉(zhuǎn)移至玻璃固化廠（PAMELA）。這次轉(zhuǎn)移沒有遇到任何問題。儲罐壁上以薄層形式沉積的固體的放射性是難以消除的，其存在使退役作業(yè)復(fù)雜化。玻璃固化示范廠（PAMELA）于1984年開始運(yùn)行，1991年處理完該后處理廠產(chǎn)生的所有高放廢液后停止運(yùn)行。

高放廢液運(yùn)輸容器

高放廢液通常貯存在不銹鋼罐中，可以有效避免硝酸溶液的腐蝕，儲罐帶有強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)。法國、美國、德國研發(fā)的高放廢液運(yùn)輸容器（ 如LR56、TN MW、NAC-LWT、CASTOR ）在國內(nèi)使用，并銷售到其他國家。俄羅斯開發(fā)的TUK系列可以用于運(yùn)輸乏燃料，未明確提及運(yùn)輸高放廢液。本節(jié)將概述法國、美國、德國最新研發(fā)的高放廢液容器。

法國

法國擁有幾十年高放廢液和運(yùn)輸罐研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。法國薩克萊研究中心研發(fā)的用于運(yùn)輸高放廢液的LR44、LR56半掛式車輛，運(yùn)輸能力為1.28 m3、4.5 m3，在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。LR56銷售至美國。

法國歐安諾子公司Orano NPS在國際上擁有400個運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)專利，已設(shè)計(jì)150余個運(yùn)輸概念，每年運(yùn)輸超過5000次，還可以根據(jù)用戶需求改進(jìn)現(xiàn)有容器或者研發(fā)新的容器。Orano NPS設(shè)計(jì)的低放或高放廢液的運(yùn)輸儲罐（Citerne）的儲存量為1 m3至18 m3，TN MW（MW代表多種廢物）系列三重功能包裝可用于核設(shè)施運(yùn)行或退役產(chǎn)生廢物的運(yùn)輸、貯存、最終長期處置，可以避開中間廢物處理過程，確保安全和控制成本。該容器可用于中高放廢物，已經(jīng)在法國和比利時獲得2型工業(yè)貨包至B型運(yùn)輸許可證，具有模塊化、緊湊和靈活的特點(diǎn)，2017年完成第一次運(yùn)輸。

TN MW系列容器分為長版和短版兩類。長版適用于大型廢物。短版（ 圖1、表2 ）可用于運(yùn)輸、長期中間貯存、最終處置，符合IAEA關(guān)于2型工業(yè)貨包、A、B（U）、B（U）F等貨包的要求，最大活度為300 TBq鈷-60，最大載重為2 t（ 4409 lbs ），可用于干法或濕法操作，耐腐蝕性強(qiáng)。

 美國

美國核保險國際公司（ NAC International ）開發(fā)了NAC-LWT、NAC-STC等一系列乏燃料貯存和運(yùn)輸容器，其運(yùn)輸系統(tǒng)已獲得美國核管理委員會頒發(fā)的160多個許可證或修訂許可證，以及眾多的許可證證書和驗(yàn)證。其中NAC-LWT系列（ 圖2，LWT代表法定重量卡車 ）是美國商用乏燃料運(yùn)輸?shù)闹饕I(yè)設(shè)備，已用于多種類型的固體和液態(tài)廢物，可用于卡車、鐵路、船等多種交通工具。美國核管理委員會于2020更新該系列容器的合格證書，有效期至2025年。從20世紀(jì)90年代開始，在國外研究堆項(xiàng)目的支持下，美國國家核安全局用該容器從各個國家回收高濃鈾和其他研究堆和商用堆產(chǎn)生的核材料。2016~2020年美國從加拿大運(yùn)回22.7 m3高放廢液，含有161 kg高濃鈾。

美國核保險國際公司最新研發(fā)的最佳模塊化通用運(yùn)輸桶（OPTIMUS）技術(shù)可用于包裝多種放射性廢物。其中，OPTIMUS-H型運(yùn)輸包裝系統(tǒng)可用于遠(yuǎn)程操作的超鈾廢物和乏燃料，OPTIMUS-L型可用于接觸裝卸的超鈾廢物和較低濃度的中放廢物的運(yùn)輸。OPTIMUS還可用于大型容器（ 如110加侖的桶 ）、高熱負(fù)荷或裂變克當(dāng)量的容器、產(chǎn)生氣體的材料、含有壓縮或液化氣體推進(jìn)劑的氣溶膠罐的超鈾廢物。OPTIMUS系統(tǒng)滿足國際原子能機(jī)構(gòu)SSR-6對B（U）F型貨包的要求和美國聯(lián)邦法規(guī)10CFR71的監(jiān)管要求。

德國

德國核服務(wù)公司（Gesellschaft für Nuklear-Service，GNS）作為乏燃料、中高放廢物包裝容器供應(yīng)商，已有40年豐富經(jīng)驗(yàn)。第一個MOSAIK桶于1977年開發(fā)完成，第一個CASTOR桶于1978年開發(fā)完成。1985年CASTOR V/21獲得美國貯存許可證。目前四大洲多個國家已使用超過1700個CASTOR和CONSTOR乏燃料桶和超過70000個用于中放廢物的MOSAIK桶。最新一代是用于捷克核電站的CASTOR 1000/19。受當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)限制，并不是所有容器都獲得了運(yùn)輸授權(quán)。在部分國家，CASTOR桶可用于乏燃料運(yùn)輸，如韓國使用的CASTOR KN12桶和芬蘭使用的CASTOR TVO桶。

核服務(wù)公司CASTOR兩用桶（ 圖3 ）的主要設(shè)計(jì)理念是確保在運(yùn)輸過程，以及隨后幾十年的干式中間貯存的過程中由容器本身實(shí)現(xiàn)所有防護(hù)目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)四個防護(hù)目標(biāo)的方法說明如下：

安全密封放射性物質(zhì)：桶體采用鍛造不銹鋼蓋和金屬密封的雙屏障系統(tǒng)。在中間貯存期間，通過第二個蓋上的壓力表對雙屏蔽系統(tǒng)的泄露進(jìn)行永久監(jiān)測；

屏蔽輻射：桶體由約40 cm厚的球磨鑄鐵制成。桶體和封蓋確保有效屏蔽α、β、γ輻射。在桶壁上的軸向孔中填充聚乙烯緩速棒使中子緩速。第二個封蓋兩面放置聚乙烯板；

消散放射性物質(zhì)衰變熱：在桶體的外壁安裝散熱片，將桶內(nèi)的釋熱消散到環(huán)境中。從第二代桶到現(xiàn)在，這些散熱片被徑向加工到桶體中，將桶的表面延長了3倍；

確保系統(tǒng)處于次臨界：桶體及其部件的設(shè)計(jì)保證在正常和事故條件下始終處于次臨界。

結(jié)論

從國際形勢來看，各國運(yùn)輸乏燃料和玻璃固化體的情況較多，一般不直接運(yùn)輸高放廢液，而是將其固化后再運(yùn)輸。目前已有高放廢液場內(nèi)和場外運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)的國家包括法國、美國、德國、比利時，主要是因?yàn)楦叻艔U液產(chǎn)生地不具備處理能力或即將退役，因此需要直接運(yùn)輸液體到場內(nèi)其他設(shè)施或場外其他地區(qū)。

法國歐安諾子公司（Orano NPS）、美國核保險國際公司（NAC International）、德國核服務(wù)公司（GNS）都開發(fā)了運(yùn)輸乏燃料和高放廢液的容器，即法國TN MW系列，美國NAC-LWT系列，以及德國CASTOR、CONSTOR系列。這些容器可以實(shí)現(xiàn)“運(yùn)輸、貯存”兩用，甚至是“運(yùn)輸、貯存、處置”三用，這是目前高放廢物運(yùn)輸容器研發(fā)的主要方向。  

（作者：李金鳳　唐祚才　程衛(wèi)亞　王春紅 單位分別為：中國原子能科學(xué)研究院核安全研究所，國家國防科技工業(yè)局核技術(shù)支持中心）