<p class="ql-block">地質(zhì)“永久安全”的挑戰(zhàn)：處置庫泄漏風(fēng)險與萬全之策</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">當(dāng)?shù)聡鴽Q定用41.5萬噸巖鹽回填曾被視為高放廢物處置庫的戈爾萊本鹽礦時，科學(xué)家們正隔著太平洋，在中國北山地下實驗室埋深560米的巖層中尋找著萬年安全的解決方案。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">2025年10月10日，中國北山高放廢物地質(zhì)處置地下實驗室，“北山1號”大坡度螺旋隧道掘進(jìn)機(jī)勝利掘進(jìn)到560米深的目標(biāo)深度。這個位于戈壁深處的實驗室誕生了目前世界上規(guī)模最大、功能最全、參與范圍最廣的地下實驗室，試圖破解核工業(yè)最后一環(huán)的世界性難題。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">中國北山實驗室的科研人員近三十年的堅守，背后是一個基本事實：即使采取最嚴(yán)格的安全措施，地質(zhì)處置庫仍然存在泄漏可能。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">01 風(fēng)險本質(zhì)：泄漏可能性與多級屏障</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">地質(zhì)處置庫泄漏風(fēng)險并非理論猜測，而是基于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性和工程材料長期穩(wěn)定性的科學(xué)評估。深層地質(zhì)封存技術(shù)被認(rèn)為是處理工業(yè)廢物的安全終端方案，但其安全穩(wěn)定性與風(fēng)險可控性仍需深入研究。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">根據(jù)2025年發(fā)布的最新研究，深部地質(zhì)封存技術(shù)發(fā)生泄漏的概率風(fēng)險值小于10^-6，這一數(shù)值在社會風(fēng)險可接受范圍內(nèi)。這一結(jié)論是通過事件樹分析法，對可能導(dǎo)致被封存流體泄漏的事件進(jìn)行量化分析得出的。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">處置庫泄漏的主要原因可歸納為三大因素：地質(zhì)因素、工程因素和人為失誤。具體泄漏路徑包括四種類型：夾層密閉性不足導(dǎo)致流體近水平漏失、蓋層被突破失效致使流體上竄、井筒完整性不足致使流體逃逸、以及夾層與斷層連通致使流體流向斷層。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">02 多層防線：多屏障安全設(shè)計理念</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">為確保地質(zhì)處置庫的長期安全，國際通用的方法是采用“多屏障安全設(shè)計”，即在處置庫周圍設(shè)置一系列獨立且冗余的安全屏障，防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">以捷克深地質(zhì)處置庫(DGR)為例，其主要屏障包括雙層處置包裝、被壓實膨潤土包圍的環(huán)境，以及深度約500米以下未受擾動的巖層。這種設(shè)計的基本理念是：即使其中一個屏障因任何原因失效，其他屏障仍能阻止放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">從內(nèi)到外，典型處置庫屏障系統(tǒng)包括：廢物固化體屏障（玻璃化或水泥固化）、金屬容器屏障（抗腐蝕金屬材料）、緩沖材料屏障（如膨潤土，具有自愈合特性）、工程屏障系統(tǒng)（密封材料與結(jié)構(gòu)）以及最終的地質(zhì)屏障（穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造）。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">這些屏障不僅單獨發(fā)揮作用，還形成協(xié)同效應(yīng)，確保即使個別屏障失效，整體系統(tǒng)仍能維持安全隔離功能。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">03 長期預(yù)測：安全評估與驗證方法</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">預(yù)測地質(zhì)處置庫數(shù)萬年甚至更長時間的安全性是極端挑戰(zhàn)。為此，科學(xué)家采用多種方法進(jìn)行評估驗證。數(shù)學(xué)建模是主要工具之一，通過計算機(jī)程序模擬處置庫長期演化過程。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">捷克研究人員使用GoldSim-污染物傳輸模塊模擬放射性核素在不同屏障間的傳輸，包括從處置包裝到緩沖材料（膨潤土），再到巖石環(huán)境的過程。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">此外，科學(xué)家通過研究天然類似物來驗證長期安全性。這些是自然環(huán)境中存在的、類似于處置庫環(huán)境或材料的過程或物質(zhì)，可以提供數(shù)萬甚至數(shù)十萬年的實際數(shù)據(jù)。這種方法能揭示實驗室無法模擬的長期交互過程。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">捷克在2018年完成對九個潛在DGR場地的安全案例分析，對代表性個體的輻射暴露評估表明，暴露水平遠(yuǎn)低于0.25毫西弗/年的優(yōu)化限值。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">國際實踐經(jīng)驗證明，即使最壞情況下，成人個體的有效劑量也不會超過每年微西弗量級，遠(yuǎn)低于輻射安全標(biāo)準(zhǔn)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">04 中國實踐：北山實驗室的科研探索</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">中國在高放廢物地質(zhì)處置領(lǐng)域雖起步較晚，但進(jìn)展迅速。中國北山地下實驗室的建設(shè)填補了我國在高放廢物地質(zhì)處置領(lǐng)域無現(xiàn)場實驗設(shè)施的空白。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">北山團(tuán)隊遵循“選址和場址評價—地下實驗室研究—處置庫建設(shè)”三步走戰(zhàn)略，25年來打下近100口鉆孔，基本摸清北山地質(zhì)水文脈絡(luò)。2011年，北山預(yù)選區(qū)被確定為中國高放廢物處置庫首選預(yù)選區(qū)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">2024年9月，中國北山高放廢物地質(zhì)處置地下實驗室正式面向全球開放。從學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗到向17國專家傳授技術(shù)，北山實驗室正為解決高放廢物地質(zhì)處置這一世界難題貢獻(xiàn)中國智慧和中國方案。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">05 全球?qū)嵺`：從德國回填到捷克多重屏障</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">世界各主要核國家在高放廢物地質(zhì)處置領(lǐng)域各有實踐。德國曾將下薩克森州的戈爾萊本鹽礦視為潛在高放廢物地質(zhì)處置庫，但2020年因地質(zhì)原因?qū)⑵鋸暮蜻x名單中排除。2025年，德國正式啟動回填工作，將約41.5萬噸巖鹽重新用于填充礦井。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">相比之下，捷克采取更為系統(tǒng)的方法。捷克專家認(rèn)為，處置庫關(guān)閉后的安全評估包含許多不確定性，因此采用“保守評估”方法，即使用最不安全的初始假設(shè)和輸入數(shù)據(jù)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">捷克在2017-2019年間對處置庫場址進(jìn)行了詳細(xì)研究，超過200名研究人員參與了一個旨在支持DGR安全評估的研究項目，產(chǎn)生了200多份中期和最終研究報告。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">06 技術(shù)前沿：創(chuàng)新材料與監(jiān)測系統(tǒng)</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">為確保處置庫的長期安全，各國正在研究創(chuàng)新的工程屏障材料和先進(jìn)的監(jiān)測系統(tǒng)。中國科學(xué)家研究了鹽巖損傷自愈合特性，這對于評估鹽穴處置庫的長期密封性至關(guān)重要。這種自愈合能力能夠在一定程度上彌補工程缺陷，提高屏障的可靠性。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">與此同時，科研人員還開發(fā)了新型監(jiān)測技術(shù)，包括：</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">· 光纖傳感系統(tǒng)（實時監(jiān)測溫度、應(yīng)變和滲流）</p><p class="ql-block">· 地球物理監(jiān)測（地震、電磁、重力變化監(jiān)測）</p><p class="ql-block">· 地球化學(xué)監(jiān)測（地下水化學(xué)成分變化分析）</p><p class="ql-block">· 衛(wèi)星遙感（地表形變監(jiān)測）</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">這些技術(shù)構(gòu)成一個從微觀到宏觀、從地下到空天的全方位監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為處置庫安全運行提供多維度數(shù)據(jù)支撐。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">中國北山團(tuán)隊歷時近三十載打出近100口地質(zhì)鉆孔，終于確定新場建設(shè)地址；戈壁深處的實驗室內(nèi)，科研人員反復(fù)推演萬年之后的地質(zhì)演化模型。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">在德國，戈爾萊本鹽礦的回填工程正不分晝夜地進(jìn)行，每15噸鹽被送入地下，預(yù)計三年才能完全填滿礦井。而在捷克，超過200名研究人員仍在為深地質(zhì)處置庫的安全評估日夜工作。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">全球科學(xué)家為地質(zhì)處置庫泄漏風(fēng)險提供的答案是“多重屏障、保守設(shè)計、持續(xù)監(jiān)測”。</p>