公众接受的驱动程序库的设计

文摘

日本放射性废物地质处置计划是基于自愿的选址方法,并特别强调了公众接受的需要。,建立在法律上,强调一个库项目的发展与当地社区合作,包括利益相关者重要的决定与选择的关键里程碑相关库网站和后续建设、运行和关闭。到目前为止,然而,存储库概念的发展经历了一个更传统的方式,尤其关注易于开发post-closure安全情况。在当前的项目中,我们试图进一步通过评估需求涉众是什么地方存储库和评估这些可以用来思考如何存储库设计,满足公众的欲望在不影响或长期安全运行至关重要。

1。介绍

因为它是无法模拟地质处置任何接近相关的空间和时间尺度上,性能评估方法已开发和应用自1970年代为了发展和评估地质处置的概念(例如,[1- - - - - -3])。性能评估需要知识的各种各样的科技领域,基于地球科学,工程,化学/材料科学和数学建模,扩展更多的异国情调的极端微生物微生物学、考古学、和预测人类社会政治发展(在某种程度上,这是可能的)。这样的性能评估提供了一个概述地质处置的概念(4- - - - - -6)及其相关安全情况下少量的专家,但是,即使在这里,成倍地扩大知识基础已迫使越来越依靠进一步的抽象层次提供的先进的知识管理工具(例如,7])。这样的进步促进理解复杂的解决方案由专家放射性废物的管理与教育非专家的缺乏进展,涉及他们的对话是至关重要的实现存储库项目在许多国家,包括日本。

根本原因可能是这一事实地质处理本质上是“隐形”的概念,因此非专家面临一系列科学和技术数据,为他们提供小的理解相关的安全情况。类比是试图解释贝多芬交响乐给公众以管弦乐音乐分数”(可能是完全透明的有经验的导体但不透明的较小的凡人,虽然基本面正在执行时听音乐。因此我们面临的挑战是提高公众理解核废物处置的安全概念,即使是在一个国家在太平洋“火环”与日本一样,通过引入“可见”组件或功能将出席的游客中心,甚至直接纳入,非常健壮的存储库的设计开发。

2。背景

为更多的有毒放射性wastes-high-level废物深地质储存库(HLW)后处理和乏燃料(SF)如果直接处理的主要是基于概念在1970年代和80年代开发的。(即湿主机的情况下岩石。,excluding salt or disposal above the water table), multibarrier concepts have been developed that focus on ease of making a post-closure safety case (e.g., [1- - - - - -3])。

在过去的几十年里,一些库项目接近实现,增加重点都是放在实用性的建设和运营,as-emplaced工程屏障系统的质量保证(EBS)和安全操作。的确,福岛第一核电站事故后(在日本称为“1 f”),最后一个方面是特别关注在日本,导致设计的“弹性”存储库(8,9]。虽然这些看起来小说,重点仍然是确保post-closure安全使用的EBS的那些钢铁、膨润土、混凝土(10]。

21世纪以来,在承认公众接受的关键作用,原提名方法库选址日益取代基于志愿服务(11- - - - - -13]。这立即影响库设计和,因此,而不是从一个建立参考概念在选址之前,在一些国家已研制出的一种目录的概念允许设计根据地质条件发现志愿者网站(14]。这对日本这样的国家尤为重要,特点是一个伟大的多样性可能接受地质设置。这些目录包括一个广泛的选项不同的EBS组件,但再一次,这些显然是基于库设计,建立了过去。

在日本,志愿活动过程是十年前发起的,但到目前为止,没有志愿者。的确,一层后,公众恐惧的辐射(16,17和核工业的不信任18,19)显著增加,使它更加难以说服市志愿服务不会暴露的健康风险。在这样一个社会政治环境,建立与利益相关者对话和意愿来解决他们的问题尤为重要。这样的意愿应该包括一个开放重新思考想法和考虑建立全新的存储库的设计方法。

3所示。涉众的需求

尽管库实现者和监管部门正确地集中在需要确保post-closure安全期数十万甚至数百万年,非技术涉众往往担心安全periods-decades或世纪要短得多。虽然时间比较短,证明安全的需求而言可能是很棘手的。在技术放射性废物社区,共识了,此案显示长期安全可以主要基于数学模型的结果,推断知识建立在所需的时间。这不是说服公众,然而,谁会像一个更清晰,更发自内心的示范safety-including广泛监测甚至inspectability-in除了保证易于检索/恢复时出现问题(一些关键需求基于一项调查日本利益相关者列于表1)。

概念,满足监控/检查需求已经——至少在一定程度上是在过去的提出(例如,20.]),但很难backengineer这样的功能在传统设计。这主要是因为inspectable选择像保健21,22),涉及侵位的大型多功能罐(transport-storage-disposal“mpc”)在洞穴,目的是在较长时间内保持开放的time-potentially几百年,检索非常简单,几乎任何形式的监控可以包含(例如,泄漏识别如果桶充满惰性气体容易检测到)。在小的隧道,这与传统处理缓冲/回填侵以及废物包和任何形式的监测技术上是problematic-either受退化在膨润土或冒着损害EBS的性能。

保健扩展存储期间,甚至可以检查浪费在洞穴MPC桶使用自屏蔽等inspection-even访问者进行定期的等效表面存储(例如,http://www.zwilag.ch/)。在深存储库,允许游客进入地下工作可能会有问题。然而,基于经验与其他核设施(例如,http://www.jnfl.co.jp/en/business/hlw/),查看处理洞穴可能从一个单独的画廊(图1),这可能从附近的一个地下实验室访问(URL),因此有一个完全独立的入口控制系统。

然而,这确实提高多少有趣的问题需要inspectable存储库。讨论在车间,包括技术专家和非技术涉众组,这可能包括一个全面的模拟库在特定站点的URL存储库的一部分专门为检查和监测(例如,像“飞行员库”的概念在瑞士,https://www.ensi.ch/en/waste-disposal/deep-geological-库/),部分inspectable和部分远程监控存储库或完全inspectable库。这将需要同意与当地利益相关者,但似乎谨慎评估的范围选择,涵盖了所有潜在的需求。

一个固有的问题,出现与保健等扩展存储选项,在开放的阶段,他们需要不断的监督与维护和整修和在需要时。本质上他们也更容易受到比正常的扰动,立即填充特设计较弱的岩石。的确,有需要考虑场景假设某种形式的扰动导致失去所有服务的存储库在较长时间内或者甚至是abandoned-due一些自然(如洪水)或人为灾难(例如,内乱或地区战争)。确保安全保健选项在这种情况下是非常困难的,虽然开发了弹性变异减少这种担忧(8,9]。

此外,一些利益相关者指出,渴望保持监控,甚至检查后关闭。这里的保健概念提供了与其他设计相比没有任何好处。

4所示。调和矛盾的需求

存储库概念的基础上,考虑到目前为止,要求尽快关闭处理区(隧道安全和稳定的原因),保持广泛的监测和检查本身就是矛盾的。然而,识别这种矛盾的关键是“技巧”的过程(解释[8,9]),在日本经常被用来促进横向思维导致发展的解决方案,解决这种冲突。这里必须意识到原始概念是四十年前当约束技术和材料的理解比现在严重得多。

为了说明这一原则,选择填入CARE-type洞穴和透明树脂代替传统的膨润土可以考虑(图2)。树脂技术迅猛发展,例如,艰难,透明的硅树脂现在商用稳定,塑料,和相对辐射抗性。虽然需要进一步评估确定配方,满足所有的需求,其次是确认测试,似乎没有关于这个概念的基本约束。事实上,如果一个添加无机闪烁体,这种树脂可能另外“想象辐射,”允许不仅浪费包进行检查,但任何泄漏的辐射更容易识别。虽然这个应用程序是小说,树脂对废物处理和闪烁体辐射探测已经使用了几十年。

这个选项,可以远程监控通过强劲的摄像机或加上一些潜在的无创性地球物理技术,它可以包括访客检查如果通过URL访问维护即使关闭部分或全部的主要存储库。用适当的维护,没有基本的时间限制的时间这样的访问可以维护或特殊技术问题与密封后利益相关者决定关闭是可以接受的。值得注意的是,这样一个选项需要大量的树脂,这可能是昂贵的比其他回填选项。正如已经指出在护理研究中,然而,大木桶可以放在身体两侧,被高质量的缓冲区,而剩下的空白空间填充更便宜的回填(例如,压碎岩)。然而,这个选项将允许查看隧道被用来检查桶完好无损的洞穴并确保只要认为是必要的(图3)。

虽然这种回填解决早期填入之间的冲突,并易于检查,必须保证长期post-closure安全已经没有其它选择。在日本当前的安全情况下,膨润土缓冲区有两个关键角色,第二层包装保护包含HLW这一生> 10³年可以保证,作为胶体过滤后第二层包装失败(23- - - - - -25),所以溶解度限制可以应用于一些重要的放射性核素。定制的树脂可以平等,甚至超越,膨润土的性能在前的角色,因为它是有效的。然而,如果退化是比预期更快或者某种形式的压裂可能发生在未来,确保胶体过滤困难。生物降解树脂也可能导致络合剂,增加溶解度,减少一些关键的放射性核素的吸附

树脂的长寿的基本原理可以保护他们的自然analogue-amber-which可以演示甚至微妙的有机结构在数百万年的时间尺度(图4)。这是符合hyperoligotrophic环境中的微生物活动水平很低,预计在合适的深地质类型设置。

然而,如果长期的不确定性屏障性能的树脂不能解决,可能是一个变体结合膨润土和树脂,基于预制EBS模块(PEM)的概念26]。这可能是实现货币政策委员会选择显示在图5。当然这种选择将只允许PEM处理外壳的外观进行检查,可能是可以接受的,尤其是在闪烁体中的树脂可能表明如果有完全控制的任何损失。

在所有情况下,填入将不可避免地使废物包的检索更加困难。检索从洞穴会比隧道(由于更大的间隙),的确,如果检索是由一个观察到的异常,甚至可以检索一个废物包。技术已经证明传统的开挖回填,不会有树脂的基本问题删除。

5。将检查与韧性

如前所述,弹性操作扰动时已经为先进的处置理念发展的主题。护理上的合成设计包括变异的概念,提供更多的纵深防御一些更严重的扰动的场景,但仍需要一段时间的开放存储允许衰变放射热,加上更多的奇异期权允许结合紧凑的侵位早期关闭。前者的一个例子,它取代了大保健存储桶小到聚合物(预制EBS模块中,浪费在一个合成包装件和一个环缓冲区包含在处理薄壳),如图6。

这个变体包括许多HLW包在第二层包装在每个PEM(例如,6)但仍没有高侵位密度作为标准治疗桶(21包/桶)。所需的洞穴空间会更大,但由于热负荷减少,有可能这个选项关闭洞穴前,作为缓冲已经包含在PEM,回填时可能是一个更简单的选择,它需要做快速(例如,由于某种扰动)。观看画廊和回填树脂可直接列入这个基本概念高于前护理情况。

一个更激进的选项包括高密度侵位在一个洞穴,它使用一个系统的热管/热泵允许洞穴浪费侵位后立即被关闭。这个设计“mini-PEMs”(同样包含两个缓冲区和钢铁第二层包装),侵进坑的大型钢铁庞然大物,类似于HLW存储设施的概念JNFL Rokkasho(图7)。

热泵允许热积极从洞穴收获,即使它是封闭的,基于完善的和商用技术。额外的热管系统将允许热被动扩散到围岩最高温度保持在特定的限制,即使是在损失的事件主动热管理(进一步讨论(9])。热管道还将限制近场温度关闭后,虽然其有效寿命是有限的。这里玻化HLW考虑,然而,最令人担忧的时期只持续几年后关闭,因此逐渐丧失的性能在一个世纪左右不会有很大的影响。虽然这样mini-PEMs天生不容易检查,参考设计的凹坑帽可以取代玻璃或有机玻璃允许坑的内容进行检查,直到整个洞穴回填。再次,坑和洞穴的下部可以用透明的树脂填充(闪烁体,如果需要的话),允许检查只要需要延长。

6。安全情况和环境影响

隧道库概念需要大量的小直径隧道的开挖:40000年参考日本HLW库存的浪费包总长度200公里的顺序。如此广泛的挖掘与平行结构和操作在一段约40年,这将不可避免地导致传统的安全风险,即使隧道回填和密封后尽快浪费是侵。密度高侵位在大洞穴显著减少了挖掘的总长度(通常10 - 20倍或更多),并允许更复杂的支持包括选项,从而有可能减少常规风险。

洞穴的选择往往比隧道有更多的弹性处理由于大的可用空间,使废物处理更容易,在发生扰动,提供了更多的间隙,以促进经济复苏,尤其是使用遥控技术。整合优质洞穴班轮和舱壁门能够承受洪水全静压头也有助于大大减少操作风险的扰动(在[进一步讨论8,9])。

采取一个更实际的方法来评估HLW第二层包装(MPC)长寿,很可能,合适的地点,完成控制可以确保了数万年,平均寿命将躺在10的顺序⁵y或更多(例如,27])。在这种情况下,缓冲区上的要求都相对较低。然而,一种改进知识库将被要求作为评估的基础树脂的影响缓冲/回填放射性核素释放和运输。当然,如果一个设计结合了膨润土和树脂被认为,这可能是更少的问题,只要可以证明树脂降解产物不降低膨润土性能。

较低的总挖方洞穴将会减少对环境的影响(和成本)的存储库建设。热管理通过延长开放时间也允许存储库占用减少,虽然长时间的操作过程不可避免的会有相关联的成本。替换的成本/环境影响bentonite-based缓冲/回填树脂还没有被评估。钢庞然大物设计可能增加钢材的数量每浪费包,但影响可以减少利用再生核钢发电厂退役。更大数量的钢,此外,提供福利的维护一个氧化还原陷阱对放射性核素的时间更长。

7所示。概述和未来的角度来看

本文提供了一个新的视角产生的库设计过程特定边界条件的日本的计划。然而,随着利益相关者接受成为一个越来越重要的问题在其他国家项目,我们预计类似的举措,在其它地方出现。尽管明确组织惯性,拒绝离开长- - - - - -建立常规的设计,显然,查看设计过程从一个新的角度,特别考虑几十年来巨大的科学和技术的进步,可能允许的小说概念的发展不仅满足涉众的愿望,还提供福利方面的pre和post-closure安全。

强调的是,本研究只说明了原则,评估可行性和优缺点与更传统的选择相比,网站- - - - - -特定的边界条件需要考虑。虽然大部分的评估技术,利益相关者可以积极参与的关键区域权重不同的需求,尤其是那些与社会经济、环境影响和伦理方面的平衡- - - - - -项风险与那些只发生在遥远的未来。

如果采取进一步的这些想法,支持研发需要将系统理解水平的常规设计和确认的好处说可以保证没有任何妥协的安全。如果有更广泛的利益,然而,这可能是一个主题特别适合国际合作。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究部分的执行”项目验证评估方法在地质处置系统中,“由经济贸易,日本的产业。

引用

1. SKBF / KBS,最后储存乏燃料——KBS-3 1一般1983年,瑞典Karnbransleforsorjning AB。
2. Nagra,项目1985年Gewahr、可行性和安全性研究放射性废物最终处置的瑞士,1985年NGB 85 - 01。
3. PNC”,研究和开发高放射性核废料地质处置:第一次进展报告(H3)”PNC TN 1410 93 - 059,1993年。视图:谷歌学术搜索
4. h . Umeki H12安全的关键部分的情况下,“材料研究社会——诉讼,663卷,2000年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. d . Mallants j . Marivoet, x Sillen”性能评估玻化高等废料处理的粘土层,”《核材料,卷298,不。1 - 2、125 - 135年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. j·w·施耐德·l·约翰逊,p . Zuidema et al .,“确定性和概率分析支持安全理由提出深地质库Opalinus粘土在瑞士北部,”概率安全评价和管理c·斯皮策,美国Schmocker, v . n .见鬼。施普林格,伦敦,2004年。视图:谷歌学术搜索
7. h .牧野,k .日本日置h . Umeki h . Takase和i . g .麦金利”放射性废物处置的知识管理:从理论到实践,“国际核知识管理杂志》上,5卷,不。1,p。93年,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. h . Umeki i g·麦金利a本田et al .,“弹性引入地质处置的概念,”核能工程国际,26,2015页。视图:谷歌学术搜索
9. h . Umeki h .藤,i g·麦金利”发展弹性概念地质处置废物在日本,“全球学报》,2015年。视图:谷歌学术搜索
10. i g·麦金利w·拉塞尔•亚历山大和p·c·布拉斯“地质处置概念的发展,”环境中的放射性卷。9日,41 - 76,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. Easterling d和h Kunreuther”,选址高级核废料储存库的困境,”研究在风险和不确定性,艾德。h . Kunreuther p。286年,波士顿Kluwer学术出版社,1995。视图:谷歌学术搜索
12. h . Umeki s .此外,i g·麦金利“先进库概念所需NUMOs志愿活动的选址方法,”全球学报》,第267 - 262页,2003年。视图:谷歌学术搜索
13. k Kitayama, h Umeki h .建筑师,i g·麦金利和k . Kaku”一个结构化的方法来逐步调整库概念的志愿者网站”学报第十届国际会议在环境修复和放射性废物管理,ICEM 05gbr,页1698 - 1702年,2005年9月。视图:谷歌学术搜索
14. NUMO,”库为志愿者选址环境概念的发展,“NUMO-TR-04-03,2004年。视图:谷歌学术搜索
15. 地质处置技术工作组,“公共意见草案”的总结全国科学筛选的地质处置技术标准工作组”、“参考材料# 3、29日工作组会议(在日本),10月18日,2016年。视图:谷歌学术搜索
16. p . Slovic、j·h·弗林和m .门外汉“感知风险、信任和核废料的政治,”科学,卷254,不。5038年,第1607 - 1603页,1991年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. w·A . Gamson和莫迪里阿尼,“媒体话语和舆论核能:宪法解释者的方法,”美国社会学杂志》,卷95,不。1,1-37,1989页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. e . j . Bromet“情感核电站灾难的后果,”健康物理学杂志,卷106,不。2、206 - 210年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. b·理查森,j·索伦森和e . j . Soderstrom”解释的社会和心理影响核电站事故,”应用社会心理学杂志》上,17卷,不。1,16-36,1987页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. r . p . Rechard和m . d . Voegele”进化的库和废物包装设计尤卡山为乏燃料处理系统和高放射性核废料,”可靠性工程和系统安全卷。122年,73年53 - 2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. s .此外,h . Umeki i麦金利和h .河村建夫,“小心管理,”核能工程国际卷,49号2004年604年,页26 - 29日。视图:谷歌学术搜索
22. i g·麦金利f·b·Neall p . a . Smith, j·m·西和h .河村建夫”的进化Cavern-Extended存储(CES) HLW柔性管理的概念,“材料研究社会——诉讼,807卷,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. a . Mori w·r·亚历山大·h·Geckeis et al .,“Grimsel的胶体和放射性核素缺陷实验测试网站:膨润土胶体对放射性核素迁移的影响在一个支离破碎的岩石,“胶体和表面物理化学和工程方面,卷217,不。1 - 3,33-47,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. 美国黑泽明、m . Yui和h . Yoshikawa”由压实膨润土胶体过滤试验研究”,材料研究社会——诉讼,465卷,1996年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. t . Missana,阿隆索,n . Albarran m . Garcia-Gutierrez J.-L。Cormenzana”,分析胶体侵蚀膨润土障碍的高水平放射性废物库安全评估和影响,“地球的物理和化学,36卷,不。17 - 18,1607 - 1615年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. i g·麦金利m·艾普特h . Umeki et al .,“洞穴处置概念HLW /科幻:保证操作最大项目灵活性、实用性和安全性”诉讼ESDRED车间Andra海报06-1-06-10,2008。视图:谷歌学术搜索
27. i g·麦金利f·b·Neall e . m . Scourse h .河村建夫,“真正发生在“消失的第二层包装“?”材料研究社会——诉讼,1475卷,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2018伊恩·g·麦金利et al。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。