低、中放射性固体废物包装容器

文/罗上庚

一、前言

核电站、核工业部门以及研究、应用放射性同位素、核技术的单位，都可能生产低中放射性固体废物。尤其在核电站和后处理厂，这类废物的产生率相当高。据资料显示，现在日本低中放射性固体废物产生量为10万桶/年（200升桶），到1987年3月日本已积存低放废物67万桶，堆放在现场的贮存库中，到1990年已达到110万桶。我国广东大亚湾核电站（2×90万千瓦电）初期时设计为低、中放固体废物量为200升钢桶2500桶/年。（编者按：初步估计目前我国年产中低固体废物已达15万桶/年左右）。

除少数短寿命医用同位素沾污的固体废物外，多数低中放固体废物中间贮存若干年后，还要实行最终处置。对于核电站废物要求隔离生物圈300~600年，才能达到安全水平；对于后处理厂废物，要求隔离时间更长。因此，安全、可靠的废物包装，对减少工作人员和公众的照射，保护环境有着现实和历史意义。

二、低中放固体废物包装要求和检验

包装是放射性废物管理重要环节之一，废物包装应用满足运输、贮存和处置的要求。早期，美国普采用木板箱、纤维板箱包装低放废物。实践证明，这种包装是不安全的。因为各国贮存和处置方案很不一样，至今，低中放固体废物包装容器虽然尚没有统一的国际标准，但大有认识到，选择合适的包装容器，不仅为了减少辆照，方便操作和运输，而且为了以后处置的需要，作为多重屏障体系中的一道优良屏障，起到良好的隔离作用。因此低中放固体废物包装容器要求满足：

1、结实坚固，机械强度好，能承受堆贮重压和运输中跌落事故，不泄漏放射性物质；

2、耐腐蚀、耐辐照，在设计贮存年限内可以回取；

3、体积效率高，本身体积和重量小，而装载废物量大；

4、搬运操作方便；

5、外表容易去污；

6、成本低，容易加工制造；

7、有较好的屏蔽作用。

废物包装的剂量水平国际上一般采用这样的限值：

表面剂量率≤2.0mSv/h（200mRcm/h）;

1m远处剂量率≤0.1mSv/h（10mRcm/h）。

超过上面限值，外面要增加适当的屏蔽容器。

对于超铀α废物在低中放废物包装中的限值，国际尚无统一标准。德国规定<370Bq/g（10nC1/g）。

包装容器的加工制造，要按标准、规范进行，实行质量控制和质量保证。

IAEA制定的“放射性物质安全运输规定”A型包装要求，一般要求作以下几项试验。

1、喷水试验；

2、堆码试验；

3、贯穿试验；

4、跌落试验（1.2m）。

对于比活度较高的B型包装，除了进行上述检验外，还要求：

1、高温燃烧试验；

2、跌落试验（9m）；

3、水浸试验。

三、介绍几类低、中放固体废物包装容器

低、中放固体废物种类很多，有污染放射性物质的劳保用品、工具、仪表和设备部件，有蒸发浓缩物、沉淀过滤泥浆、废离子交换树脂和无机交换吸附剂、废过滤器芯等等。它们或者经过压缩、焚烧处理，或者经过固化，各国采取的处置方针也很不一样，因此现在各地采用的低中放固体废物包装容器形式多种多样。主要有以下几类：

1、一般钢桶

大多数为碳钢，少数用不锈钢，壁厚0.6~2.0mm。常用的是200升、400升标准桶（美国多用55加仑桶，208升）。一般是钢板焊接加工，桶身用用焊接桶底用卷封。为了增加桶的强度的强度，桶身加工成波纹状并在桶的周围加铁箍。封盖有螺栓固定，有用带螺栓的环套，也有用卷边和压边的。为了保证密封性，常加用密封填圈。密封填圈的材料有天然橡胶、合成橡胶制的泡沫海绵体等。

钢桶防腐涂料有：三聚氰（酰）胺树脂、密逐级醇酸树脂、环氧树脂、硅树脂、磷酸锌、铬酸锌、搪瓷等。

有的只需涂外壁，如包装沥青固化体、塑料固化体的桶，有的内外壁都加涂层。日本核电站和大型核研究设施低中放废物主要采用200升碳钢（JISZ 1600，H级1.6mm厚，M级1.2mm厚），有外层涂一次密胺醇酸树脂漆，内层涂二次环氧树脂；也有里外均涂密胺醇酸树脂漆的。

一般涂层厚度30~100μm，在碳钢桶外壁涂一层80~110μm的20%铬铁素体不锈钢，其搞蚀性相当于不锈钢，但价格只是普通碳钢桶的2倍（不锈钢桶的价格约为碳钢桶的10倍）。简单结构的200升钢桶的价格为10~22美元/个。带增强箍、用螺栓封盖的200升钢桶价格为80~120美元/个。200升钢桶及混凝土屏蔽容器尺寸示意见图1。

图1 200升桶（左），200升桶外加混凝土屏蔽容器（右）

2、混凝土衬壁钢桶

为了防腐蚀，延长桶寿命，有的钢桶内衬聚乙烯内衬。有的情况钢桶内加混凝土衬壁，这主要为了增加辐射屏蔽作用，增加机械强度和包装的长期稳定性。这种桶主要用来装放射性比较强的废过滤器芯或固化的废树脂。对于大型过滤器，一个桶只能装一个过滤器芯，空隙灌注混凝土浆。

海洋投弃处置（有此国家实行）用的废物包装要求比重≥1.2，轴向抗压强度>150kg/cm2，有良好的气密性和水密性。有的国家采用内衬混凝土壁的钢桶，防止在水压作用下桶损坏，保证桶沉到海底并且不逸出放射性物质。英国采用的这种型式桶，混凝土壁厚130mm，桶外积0.4m3，内积只有0.08m3，第个价格500美元。

图2 德国后处理厂使用的几种低中放固体废物包装桶

3、方型钢箱

美国、加拿大还采用方型容器，材料碳钢（AIAI 1020，ASTM-A-36），焊接加工，采用各种措施增加容器强度。容器壁厚3.2~7.9mm（美国）、9~10mm（加拿大）。体积大小不一，有比较小的0.07~0.5m3，也有很大的1.1~9.4m3。价格差加也很大，350~2060美元/个。

美国推荐的标准包装列于表1中。

表1 美国推荐的标准包装

四、几点意见和建议

1、目前我国有些单位低放废物尚未实行分类收集、定型包装，这种情况必须尽快改变，严格按照国家相关标准执行。

2、低中放废物包装要以处置方针为依据，从处置着眼。日本过去低中放废物着眼海洋投弃处置，长期以来，他们研究如何保证包装安全沉到海底。现在海洋处置受到国际反对，处置方针被迫转向浅层埋藏。但日本国土内短期难以找到合适场址，现用包装多数为200升钢桶，贮存库进风采用除湿、除氯措施，以降低钢桶的腐蚀速率。法国情况不同，修建了多个处置场，对核电站废物进知短期存放之后就可运到处置场去。

我国采取什么处置方案，什么时候能够建成处置场尚无定论。秦山电站、广东电站处于温热、多雨、潮湿地区，碳钢腐蚀速率有多大，多少年内可回取钢桶，废物库应采取什么措施，必须认真研究解决。

3、低中放固体废物品种很多，产生单位和部门也多种多样，需要推荐一套标准包装容器，满足不同需要。这种容器应该耐久性好，运输操作方便，工作人员受照剂量低，包容废物效率高，经济价廉等等，符合最优化原则和ALARA原则。

4、包装容器的设计、加工制造和产品检验，必须按标准和规范进行，要严格实行质量控制和质量保证。

【编者按】目前我国实用的最新标准是由国家国防科技工业局发布的中华人民共和国核行业标准《低、中水平放射固体废物容器 钢桶》（EJ 1042-2014）。该标准将在中国包装联合会钢桶专业委员会出版的《钢桶包装》杂志2018年第3期上刊登，同时也可以在中国钢桶包装网（www.chinadrum.net）上查询。敬请关注。