CN109272212A - 一种放射性废物地质处置的风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于放射性废物处置技术领域，涉及一种放射性废物地质处置的风险评估方法。所述的风险评估方法包括如下步骤：(1)确定放射性废物处置的FEPs清单；(2)FEPs对处置系统安全影响评估并确定待分析景象；(3)建立不同待分析景象的安全评价模型以进行这些景象下放射性核素辐射风险分析；(4)完成安全风险分析。利用本发明的放射性废物地质处置的风险评估方法，能够尽可能地将放射性废物地质处置安全评价的不确定性量化。
Description
技术领域
本发明属于放射性废物处置技术领域，涉及一种放射性废物地质处置的风险评估方法。
背景技术
放射性废物地质处置是一项相关因素多的复杂工程，其目的是将放射性废物埋入岩体中，实现放射性废物与生物圈的隔离。放射性废物地质处置采用“多重屏障、纵深防御”的设计思路，不仅依赖于单一屏障的隔离性能，而应确保所有屏障不可能由于同一原因或在同一时间失效，从而保证处置库系统的整体可靠性。
放射性废物地质处置的多重屏障系统由近至远分别为：高放废物体(含包装容器)、废物处置容器、缓冲材料、回填材料和地质体(天然介质)。其中，高放废物体、废物处置容器、缓冲材料和回填材料称为人工屏障；几百、甚至上千米厚的稳定岩层、土壤等天然介质称为天然屏障。
为了对放射性废物地质处置工程进行监管，有必要开展相应的地质处置安全评价工作。而为了应对安全评价工作中的不确定性(放射性废物地质处置系统中处置废物体的破损、处置容器的腐蚀破损、缓冲材料和回填材料的选择和失效、处置地质环境的演化以及影响放射性辐射安全评价结果的参数等都存在诸多不确定性)，有必要设计风险评价程序和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，以能够尽可能地将放射性废物地质处置安全评价的不确定性量化。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，所述的风险评估方法包括如下步骤：
(1)确定放射性废物处置的FEPs清单；
(2)FEPs对处置系统安全影响评估并确定待分析景象；
(3)建立不同待分析景象的安全评价模型以进行这些景象下放射性核素辐射风险分析；
(4)完成安全风险分析。
本发明的风险评估方法的原理如下。
放射性废物地质处置安全评价涉及的屏障体多、时间长，且高放废物体(含包装容器)、废物处置容器、缓冲材料、回填材料和地质体在处置系统关闭后的长期演化过程复杂，因此，建立放射性废物地质处置安全评价景象是完成安全评价模型搭建和计算首先需要完成的工作。
放射性废物地质处置安全评价景象(以下简称“景象”)是指地质处置系统可能发生的影响系统安全的演化。景象发生的概率与相关存在的发生概率相关。景象的确定是依据FEPs(影响处置库的特征(Features)、处置库特征的事件(Events)和作用过程(Processes)的总称)鉴别和选择与地质处置未来可能发生的影响处置系统安全的演化系统，是构建处置系统演化的概念模型和数理模型的基础，是连接科学认识与定量计算之间的纽带。
景象确定的第一步是确定放射性废物处置的FEPs清单(即特征、事件和过程表述)，第二步是根据FEPs发生的概率确定安全评价中待考虑的景象(即FEPs对处置系统安全影响评估并确定待分析景象)，第三步是建立不同待分析景象的安全评价模型，第四步是完成安全风险分析。
(一)特征、事件和过程表述
在特征、事件和过程的表述中，按照放射性废物地质处置系统的子系统“废物体-处置容器-缓冲材料/回填材料-地质屏障”分类并编制FEPs清单。
(二)FEPs对处置系统安全影响评估并确定待分析景象
在FEPs对处置系统安全影响评估并确定待分析景象时，需要考虑各种景象发生的概率及其对安全评价模型输入的影响。例如，景象编制需要考虑处置区域的地质灾害如地震和人类开发扰动；这类事件对处置系统性能存在的影响需要分析并量化表示，通常采用概率密度函数(PDF)表征某种景象下处置系统性能变化的概率。地震发生概率、震级和处置库离震源的距离都会影响者处置库的景象开发；地震景象的开发需要依赖对处置库所在区域历史资料的统计分析和地震专家的判断。通过每一种景象对应FEPs之间的相互关系，可以将每一种景象对应的概率密度函数表示为相应FEPs的累积概率函数。例如，处置库工程中巷道和钻孔中缓冲材料性能(化学组分、膨胀性、渗透性)恶化或变差会造成整个系统的密封性能变差，进而增大地下水进入处置系统的概率，增大了核素从处置库中释放至地下水中的概率，增大了处置库放射性辐照风险。FEPs对处置系统安全影响评估需要考虑：
1)哪些外部事件对处置系统存在影响；
2)哪部分处置系统会受到影响；
3)处置系统受影响的严重程度。
根据FEPs对处置系统安全影响评估结果，生成景象；根据组成每个景象的FEPs发生的概率，采用蒙特卡洛随机数完成计算模拟试验，最后统计某一个景象发生的概率。
(三)建立不同待分析景象的安全评价模型
建立不同待分析景象的安全评价模型即建立不同景象下放射性辐射危害评估模型。放射性废物地质处置安全评价常常考虑的景象有：
1)基准景象；
2)扰动景象-人类钻井扰动景象、地震扰动景象等；
3)子系统功能失效景象。
每种景象下放射性核素辐射风险分析包括：
1)放射性废物源项分析；
2)核素迁移分析；
3)辐照剂量模型分析及辐射风险分析。
放射性废物源项需要根据放射性废物体存在形态、废物体中放射性核素存量以及废物体在处置环境中演化过程进行表征；核素迁移分析需要研究地下水在处置系统中的流动以及核素随地下水从处置系统迁移至生物圈的过程；辐照剂量模型分析及辐射风险分析包括人类和其他物种受到放射性核素影响的分析以及辐照剂量超出相关要求的风险估算。
(四)安全风险分析
安全风险分析即通过每种景象发生概率以及该景象下辐照剂量超出相关要求的风险进行估算，进而估算出处置系统中放射性核素造成辐照剂量超出超过监管要求水平的总风险值。
放射性废物地质处置安全评价过程需要考虑的不确定性可以表现为两类，一类是模型不确定性，另一类是参数不确定性。
模型不确定性源于对处置系统以及周围环境演化认知的局限和模型表征手段的限制，与处置系统中子系统的现状及相应性能相关，可采用不同的景象来进行简化表示。
参数不确定性是由于空间和时间原因造成核素在处置系统中迁移的相关参数存在不确定性，例如处置系统正常景象下核素迁移相关的参数包括玻璃降解速率、处置容器失效时间、核素在缓冲材料/回填材料/地质介质中扩散系数和分配系数、地下水流速等。
确定安全评价待考虑景象的发生概率值和确定每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值是安全风险分析需要完成的两项重点工作。
确定安全评价待考虑景象的发生概率值需要研究外部事件对处置系统的影响，了解外部事件如何影响处置系统的子系统，了解外部事件对处置系统的影响与外部事件特征的相关性。哪些影响是不可逆的，其造成的影响在整个评价周期都存在；哪些影响是可逆的，其造成的影响在一定时间内可恢复。这些外部事件对处置系统安全的影响通常通过勘察、试验和理论分析等手段来确定。这些外部事件的发生充满不确定性，怎样通过合理手段将外部事件对处置系统的安全影响进行量化表征是风险评估方法需要解决的问题。通常情况下，可根据已有的研究基础利用外部事件和处置系统特征之间的因果关系建立事件树，进而通过专家成员打分计算安全评价景象发生概率。
某种景象下辐照剂量超出相关要求的风险值通过赋予该景象下影响辐照剂量的参数一定的取值范围，采用蒙特卡洛或者拉丁抽样进行计算模拟试验后统计获得。
假设放射性废物地质处置安全有n种景象，第i种景象发生的概率为Pi，该景象下辐照剂量超出相关要求的概率为Wi，那么该地质处置条件下辐照剂量超出相关要求的风险值可以表示如下：
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其中步骤(1)中，按照放射性废物地质处置系统的子系统“废物体-处置容器-缓冲材料/回填材料-地质屏障”分类并编制FEPs清单。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其中步骤(2)中，在进行FEPs对处置系统安全影响评估时需要考虑：
1)哪些外部事件对处置系统存在影响；
2)哪部分处置系统会受到影响；
3)处置系统受影响的严重程度。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其中步骤(2)中，确定的待分析景象包括：
1)基准景象；
2)扰动景象-人类钻井扰动景象、地震扰动景象等；
3)子系统功能失效景象。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其中步骤(3)中，所述的放射性核素辐射风险分析包括：
1)放射性废物源项分析；
2)核素迁移分析；
3)辐照剂量模型分析及辐射风险分析。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其中步骤(4)中，所述的安全风险分析包括确定安全评价待考虑景象的发生概率值和确定每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其中步骤(4)中，所述的确定安全评价待考虑景象的发生概率值需要研究外部事件对处置系统的影响，了解外部事件如何影响处置系统的子系统，了解外部事件对处置系统的影响与外部事件特征的相关性，然后根据已有的研究基础利用外部事件和处置系统特征之间的因果关系建立事件树，进而通过专家成员打分计算安全评价景象发生概率。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其中步骤(4)中，所述的确定每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值通过赋予该景象下影响辐照剂量的参数一定的取值范围，采用蒙特卡洛或者拉丁抽样进行计算模拟试验后统计获得。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其中步骤(4)中，所述的每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值R表示为如下公式：
其中：
Pi为第i种景象发生的概率；
Wi为第i种景象下辐照剂量超出相关要求的概率；
n为总景象数。
本发明的有益效果在于，利用本发明的放射性废物地质处置的风险评估方法，能够尽可能地将放射性废物地质处置安全评价的不确定性量化。
本发明为了尽可能地将放射性废物地质处置安全评价的不确定性量化，通过对放射性废物地质处置中可能发生的特征、事件和过程的筛选，推荐可能发生的景象及其概率，然后建立相应景象的核素释放、迁移和生物剂量模型，通过蒙特卡洛或拉丁抽样计算模拟试验，获得特定景象下辐射剂量超过相关要求的概率，最后综合各种景象得出放射性废物地质处置安全评价的辐射风险值。
本发明将风险评价方法引入放射性废物地质处置安全评价分析模型中，最为直观地采用概率表征地质处置安全性，从而方便与公众进行沟通，可完善放射性废物地质处置安全评价工作。
附图说明
图1为示例性的本发明的放射性废物地质处置的风险评估方法的流程图。
图2为具体实施方式中举例的放射性废物地质处置库布置示意图。
图3为具体实施方式中举例的地质处置安全评价正常景象下核素迁移路径图。
具体实施方式
示例性的本发明的放射性废物地质处置的风险评估方法的流程如图1所示，包括如下步骤。
(1)确定放射性废物处置的FEPs清单
按照放射性废物地质处置系统的子系统“废物体-处置容器-缓冲材料/回填材料-地质屏障”分类并编制FEPs清单。
(2)FEPs对处置系统安全影响评估并确定待分析景象
在进行FEPs对处置系统安全影响评估时需要考虑：
1)哪些外部事件对处置系统存在影响；
2)哪部分处置系统会受到影响；
3)处置系统受影响的严重程度。
确定的待分析景象包括：
1)基准景象；
2)扰动景象-人类钻井扰动景象、地震扰动景象等；
3)子系统功能失效景象。
(3)建立不同待分析景象的安全评价模型以进行这些景象下放射性核素辐射风险分析
放射性核素辐射风险分析包括：
1)放射性废物源项分析；
2)核素迁移分析；
3)辐照剂量模型分析及辐射风险分析。
(4)完成安全风险分析
安全风险分析包括确定安全评价待考虑景象的发生概率值和确定每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值。
确定安全评价待考虑景象的发生概率值需要研究外部事件对处置系统的影响，了解外部事件如何影响处置系统的子系统，了解外部事件对处置系统的影响与外部事件特征的相关性，然后根据已有的研究基础利用外部事件和处置系统特征之间的因果关系建立事件树，进而通过专家成员打分计算安全评价景象发生概率。
确定每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值通过赋予该景象下影响辐照剂量的参数一定的取值范围，采用蒙特卡洛或者拉丁抽样进行计算模拟试验后统计获得。
每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值R表示为如下公式：
其中：
Pi为第i种景象发生的概率；
Wi为第i种景象下辐照剂量超出相关要求的概率；
n为总景象数。
上述示例性的本发明的放射性废物地质处置的风险评估方法的应用举例如下。
如图2所示，放射性废物地质处置库的运输竖井/斜井1用于连通地表和地下处置库，有垂直井和斜井；主巷道2连通运输竖井/斜井和各个处置巷道3，处置巷道3连通主巷道和各处置钻孔4。运输竖井/斜井1、主巷道2、处置巷道3用于人、废物货包和工程设备进入处置库作业，处置钻孔4是处置放射性废物货包的单元。单个处置钻孔4由中心向外依次为玻璃固化体、处置容器、缓冲材料、地质介质。
放射性废物地质处置安全评价需要考虑多种景象，如：
1)基准景象；
2)扰动景象-人类钻井扰动景象、地震扰动景象等；
3)子系统功能失效景象。
基准景象即工程措施满足设计要求，地下水经过长时间进入处置库内，渗透通过缓冲材料与处置容器接触，处置容器腐蚀后地下水直接与玻璃固化体接触，玻璃固化体中核素在地下水中浸泡后逐渐释放，核素再随着地下水经缓冲材料释放至地质介质，然后随导水裂隙迁移至生物圈，进而对人或其他物种造成放射性辐照伤害。
该地质处置安全评价正常景象下核素迁移路径如图3所示。扰动景象即由于人类钻井活动、地震和火山等剧烈地质构造运动造成地质处置库周围的环境发生变化，进而影响到地质处置系统的功能和核素迁移路径；如人类钻井扰动景象可能加速地下水与地质处置库之间的接触过程以及地下水进入生物圈的过程，从而使得人类受到的辐射剂量超过规定标准的风险增大。子系统功能失效景象即地质处置系统中的某一个子系统由于某些原因不能再承担相应的安全功能，如废物罐早期破碎景象。
假设经过对某一放射性废物地质处置进行FEPs汇总、筛选和分析，推荐该放射性废物地质处置需要分析的景象包括：基准景象、人类钻井入侵景象、废物罐早期破碎景象。
若基准景象(景象A)发生的概率为99％，通过该景象下的核素释放、迁移和生物剂量模型进行蒙特卡洛抽样试样得出，基准景象下辐射剂量超出相关要求的概率为2％。
人类钻井入侵景象(景象B)发生的概率为0.5％，通过该景象下的核素释放、迁移和生物剂量模型进行蒙特卡洛抽样试样得出，人类钻井入侵景象下辐射剂量超出相关要求的概率为20％。
废物罐早期破碎景象(景象C)发生的概率为0.5％，通过该景象下的核素释放、迁移和生物剂量模型进行蒙特卡洛抽样试样得出，废物罐早期破碎景象下辐射剂量超出相关要求的概率为40％。
则该放射性废物地质处置辐射剂量超出相关要求的风险值可表征为99％×2％+0.5％×20％+0.5％×40％＝2.28％。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围。
Claims (9)
1.一种放射性废物地质处置的风险评估方法，其特征在于，所述的风险评估方法包括如下步骤：
(1)确定放射性废物处置的FEPs清单；
(2)FEPs对处置系统安全影响评估并确定待分析景象；
(3)建立不同待分析景象的安全评价模型以进行这些景象下放射性核素辐射风险分析；
(4)完成安全风险分析。
2.根据权利要求1所述的风险评估方法，其特征在于：步骤(1)中，按照放射性废物地质处置系统的子系统“废物体-处置容器-缓冲材料/回填材料-地质屏障”分类并编制FEPs清单。
3.根据权利要求1所述的风险评估方法，其特征在于，步骤(2)中，在进行FEPs对处置系统安全影响评估时需要考虑：
1)哪些外部事件对处置系统存在影响；
2)哪部分处置系统会受到影响；
3)处置系统受影响的严重程度。
4.根据权利要求1所述的风险评估方法，其特征在于，步骤(2)中，确定的待分析景象包括：
1)基准景象；
2)扰动景象-人类钻井扰动景象、地震扰动景象；
3)子系统功能失效景象。
5.根据权利要求1所述的风险评估方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的放射性核素辐射风险分析包括：
1)放射性废物源项分析；
2)核素迁移分析；
3)辐照剂量模型分析及辐射风险分析。
6.根据权利要求1所述的风险评估方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的安全风险分析包括确定安全评价待考虑景象的发生概率值和确定每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值。
7.根据权利要求6所述的风险评估方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的确定安全评价待考虑景象的发生概率值需要研究外部事件对处置系统的影响，了解外部事件如何影响处置系统的子系统，了解外部事件对处置系统的影响与外部事件特征的相关性，然后根据已有的研究基础利用外部事件和处置系统特征之间的因果关系建立事件树，进而通过专家成员打分计算安全评价景象发生概率。
8.根据权利要求6所述的风险评估方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的确定每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值通过赋予该景象下影响辐照剂量的参数一定的取值范围，采用蒙特卡洛或者拉丁抽样进行计算模拟试验后统计获得。
9.根据权利要求8所述的风险评估方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的每种景象下辐射剂量超出相关要求的风险值R表示为如下公式：
其中：
Pi为第i种景象发生的概率；
Wi为第i种景象下辐照剂量超出相关要求的概率；
n为总景象数。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190125 |
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