[论文解读] Feasibility of Direct Disposal of Salt Waste from Electochemical Processing of Spent Nuclear Fuel

R.P. Rechard, Teklu Hadgu+7 more|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2017

Nuclear materials and radiation effects被引用 4

一句话总结

本文评估了在不经进一步处理的情况下，直接处置电化学处理钠结合式乏核燃料所产生的盐废物的可行性。性能评估表明，无论是地下盐矿库还是基底结晶岩中的深孔，均可安全容纳该废物，且在所提议的容器中具备运输可行性——但需对废物进行稀释以符合废物隔离示范厂（WIPP）的处置要求，证明直接处置是复杂处理工艺的可行技术替代方案。

ABSTRACT

The US Department of Energy decided in 2000 to treat its sodium-bonded spent nuclear fuel, produced for experiments on breeder reactors, with an electrochemical process. The metallic waste produced is to be cast into ingots and the salt waste further processed to form a ceramic waste form for disposal in a mined repository. However, alternative disposal pathways for metallic and salt waste streams are being investigated that may reduce the processing complexity. As summarized here, performance assessments analyzing the direct disposal the salt waste demonstrate that both mined repositories in salt and deep boreholes in basement crystalline rock can easily accommodate the salt waste. Also summarized here is an analysis of the feasibility of transporting the salt waste in a proposed vessel. The vessel is viable for transport to and disposal in a generic mined repository in salt or deep borehole but a portion of the salt waste would need to be diluted for disposal in the Waste Isolation Pilot Plant. The generally positive results continue to demonstrate the feasibility of direct disposal of salt waste after electrochemical processing of spent nuclear fuel.

研究动机与目标

• 评估电化学处理乏核燃料所产生的盐废物直接处置的技术可行性。
• 评估盐废物在不同处置环境中的性能，包括盐矿库和基底结晶岩中的深孔。
• 分析所提议的处置容器在不同库型中运输盐废物的可行性。
• 确定为符合废物隔离示范厂（WIPP）处置标准，是否需要对废物进行稀释。
• 提供性能评估，支持直接处置作为当前处理路径的简化替代方案。

提出的方法

• 采用安全建模进行性能评估，以评估盐废物在不同地质处置环境中的放射性核素释放情况。
• 对盐矿库和基底结晶岩中的深孔两种环境中的废物形态进行建模，以评估长期封存性能。
• 评估所提议的运输与处置容器在结构和辐射完整性方面的表现。
• 模拟废物成分对处置安全的影响，特别关注其溶解度和迁移潜力。
• 评估为满足WIPP对氯化物及其他可溶组分的监管限值，是否需要对废物流进行稀释。
• 在性能建模中采用保守假设，以确保在各种处置情景下结论的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 电化学处理乏核燃料所产生的盐废物是否可在不经进一步处理的情况下安全处置？
• RQ2 盐废物在盐矿库和基底结晶岩深孔中的性能特征如何？
• RQ3 所提议的容器设计是否适用于在不同库型中运输和处置盐废物？
• RQ4 为满足WIPP处置标准，盐废物需稀释到何种程度？
• RQ5 与当前处理路径相比，直接处置在技术可行性和安全性方面如何？

主要发现

• 性能评估确认，无论是盐矿库还是基底结晶岩中的深孔，均可安全容纳电化学处理产生的盐废物。
• 所提议的处置容器在技术上可行，可用于将盐废物运送至并处置于通用盐矿库或深孔中。
• 盐废物流中的一部分需进行稀释，以满足废物隔离示范厂（WIPP）处置所要求的氯化物浓度限值。
• 在所有评估的处置情景中，放射性核素释放的安全裕量均远在监管限值之内。
• 直接处置盐废物在技术上可行，且与当前路径相比，可显著降低处理复杂性。
• 结果支持直接处置作为简化、安全且成本效益高的盐废物处理替代方案。