——访中科院地质地球物理所李国敏博士任黎明中国今年15年每年都要建一座“大亚湾”,然而核废物引起的环境和安全问题也日益突出。高放核废物地质处置即在地表以下数百米深的地方建造一个处置库,以限制核素在数万年内不会迁移进入地表生物圈目前我国的核废物处置环境地质研究仍处于较低的水平,今后十年研究的重点目标是围绕着处置库场址的长期稳定性与适宜性,解决关键科学问题21世纪人类面临的最大课题是能源和环境问题。核电,新能源的代表之一,正悄悄地在我国崛起。根据国家发改委制定的有关我国核电的中长期发展规划,到2020年,我国核电装机容量将达到3600万千瓦。“这意味着中国今年15年每年都要建一座‘大亚湾’,核电在我国的能源结构中将起到日益重要的作用。”中科院地质与地球物理研究所李国敏研究员告诉笔者。然而核废物引起的环境和安全问题也日益突出,李国敏指出,我国核废物地质处置研究亟待提速。高放核废物安全处置是一个世界性难题科学的双刃剑在核电方面表现尤为显著;一方面是洁净高效的能源产出,给人类带来了极大的利益;另一方面是安全的隐患,人类也承受着极大的风险。前苏联切尔诺贝利核电站的核泄漏事故的严重后果一延续到今天,而李国敏指出核电带来的另一类潜在威胁——高度放射性核废料(下文简称高放核废物),“随着我国核电站数量的增加,将产生大量的高放核废物——乏燃料,预计到2010年达到2000吨,2020年之后每年新增积存量将达到1000吨。”“高放核废物对环境与人体都有极大的危害性,如何有效地处置将制约着我国核电事业的发展。”李国敏强调。目前,高放核废物安全处置是一个世界性难题,其难点在于如何使高放核废物与人类生存环境充分、彻底、可靠地隔离,且隔离时间至少要达一万年,在科学、技术和工程方面还面临一系列重大挑战。高放核废物地质处置是一种有效的手段“高放核废物地质处置被认为是一种有效的手段,即在地表以下数百米深的地方建造一个处置库,以限制核素在数万年内不会迁移进入地表生物圈。”李国敏介绍,高放核废物的深地质处置中,随地下水运动的核素迁移是高放核放心物处置库建设的最主要问题之一;充分了解处置库预选区的地质与水文地质条件,特别是区域上的地质与水文地质特征是处置库预选评价的基本要求,将为处置库的最终确定提供决策性依据。1957年,美国国家科学院提出高放废物地质处置的设想。近50年来,“地质处置”已从原来的概念设想,基础研究、地下实验实研究和示范,走到了今天大部分处置技术已基本成型,部分处置库设计已基本完善,部分国家已确定场址(例如美国于2002年确定尤卡山场址)的地步。李国敏告诉笔者,在高放废物地质处置的三个阶段;处置库选址和场址评价、特定场址地下实验室和处置库建造中,我国目前还只是处于第一个阶段的初期,即处置库选址和预选场址的地质与水文地质评价。1986年我国才开始初步探讨,目前在甘肃北山地区开展了预选场址的地质工作,2000年~2004年在预选区施工了4个专项勘探井。我国的核废物地质处置研究需要提速“目前我国的核废物处置环境地质研究仍处于较低的水平,由于缺少国家规划,没有在国家层次上集中力量开展研究,且经费投入极其有限,开展的仅仅是跟踪性的研究,一些重大科学问题还没有解决。”李国敏指出,目前的工作距离完成地质处置任务所需的科学技术积累还相差甚远。通过参考美国等西方国家对高放核废物地质处置研究的经验,李国敏认为,今后十年内我国的核废物处置库研究仍将处于选址的初级阶段,研究的重点目标是围绕着处置库场址的长期稳定性与适宜性,有下一些关键科学问题要解决。第一,处置库预选场址地质构造演化史与地质岩性特征,由于高放废物含有长半衰期的放射性核素,这就要求处置库要有万年以上的安全期,这是前所未有的工程要求,城要选择在地质上具有区域稳定性的处置预选区。因此,也就需要对处置库场址的区域地质与构造演化历史进行科学的分析与评价,并对处置库建成后数万年内场址的演化作出精确预测,包括区域和局部构造、区域地震与火山活动、地质条件演化的预测等。第二,深部岩层,岩体的结构分布与环境特征。地质处置库一般位于地下500~1500米深的地质体中,这一深度地质体的环境特征通常为地下水水位之下的高应力、地下水作用等。目前,我们对预选场址的深部地质环境知这甚少,并且研究方法和手段也极为缺乏。特别是当我们选择花岗岩为围岩时,地下岩石中断裂与裂隙网络分布的高度非均匀性,需要投入大量的研究工作。第三,区域水文地质条件与区域地下水循环研究。地下水是核素迁移的载体,在区域尺度上,深部岩体中长时间尺度下地下水的运动,包括近场多场甚至是相变条件下地下水的运动规律,也是一个重要的研究课题。综合目前国际上先进的研究方法,将地下水三维流动模型技术,同位素测年技术相结合,探索合理刻画与评价预选场址的区域地下水循环规律的新理论与方法。研究高放核废物地质处置预选场址所处的区域地下水循环规律,评价预选场址的时宜性。第四,放射性核素迁移的地球化学行为。从高放废物处置库中释放出来的放射性的核素可能通过地下水作为载体而扩散到表层生物圈或环境中去。一方面核素将随着地下水流动而迁移,另一方面又伴随着复杂的水——岩相互作用。处置库中放射性核素的迁移行动极为特殊,岩石能够在一定程度上阻滞核素的迁移,但其作用的能力在很大程度上取决于岩石的地球化学特性。因此也特别需要加强对岩石地球化学特性及核素迁移机理的室内实验研究。第五,深部岩体在多场条件下的行为。由于开挖及将来贮存核废物所释放出的热量,地质处置库的深部围岩所处的‘场’(应力场、水动力场、温度场、水化学场等)发生了巨大的变化,在中高温、地壳应力、水力作用、化学作用和辐射作用等的耦合作用下,深部裂隙岩体将发生对扰动的复杂响应。作用的结果必然对岩体的稳定性和核素的迁移产生直接的影响。第六,地质处置预选场址的性能评价与情景分析。高放核废物地质处置是涉及到数万年以上的大工程,从处置场址的选址开始,就涉及到性能评价问题。性能评价包括各种情景分析,灵敏度分析、不确定分析、风险评价等。单就核素在地下水中迁移的数学模型情景分析而言,就涉及到水文地质概念模型、数学模型和数值模型和数值模型,涉及时间尺度数万年,数值模拟的单元达数百万个、变量数十种,是一项庞大的计算机模拟工程。而情景分析是非常重要的综合分析评价手段。李国敏最后指出,核废物地质处置是一项大科学工程。因为地质条件的地域性特征,需要结合我国核废物处置研究目前所处的阶段与我国国情,大力开展研究。研究领域将涉及到的是前沿交叉科学问题,涉及到的学科包括地质学、水文地质学、地球物理、地球化学、放射化学、岩石力学等,只有开展综合、交叉研究才可能有所突破。人物简介李国敏  1963年生。1984年毕业于武汉地质学院,1994年获中国地质大学水文地质专业博士学位。1994~1996年任中国地质大学(武汉)水文地质与环境数研究室副主任,讲师与副教授。1996~1997年在瑞士苏黎世理工大学从事博士后研究。1997~2004年任美国劳伦斯伯克利国家实验室研究员。现任中国科学院地质与地球物理研究所研究员,博士生导师。(2006.06.06《地质勘查导报》3版)

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