含危险化学品放射性废物关闭后安全评估：耦合AMBER区室模型与U.S. EPA RAGS的放射性—化学风险端点特异性筛查框架

《Journal of Hazardous Materials》：Integrated Post-Closure Safety Assessment of Radioactive Waste Containing Hazardous Chemicals: A Screening Framework for Radiological–Chemical Risk

　　

含危险化学品的放射性废物在处置后可能同时产生放射性风险与化学风险，但传统关闭后安全评估对化学危害关注有限。本研究提出一种风险信息驱动的分级筛查框架，将放射性癌症风险（radiological cancer risk, RCR）、化学癌症风险（chemical cancer risk, CCR）和化学非癌症危害（chemical non-cancer hazard）作为统一处置安全评估中的独立终点。研究人员利用动态多途径区室模型推导通用评估中的癌症与非癌症筛查指数，并将其应用于来自核设施的混合废物数据案例研究，以识别需要详细评估的危险组分。该框架为判断化学危害能否被筛除或需要详细评估提供系统依据，为评估共存放射性与化学危害废物的处置安全提供实用参考。

核设施退役和去污活动会产生同时含放射性核素与危险化学品的混合废物（mixed waste）。在美国，此类废物同时受核管理委员会放射性废物要求与EPA《资源保护与回收法》（Resource Conservation and Recovery Act, RCRA）危险废物法规约束，但放射性与化学危害长期分属不同监管框架。混合废物中可能含铍（Be）、铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、石棉、多氯联苯（PCBs）、氰化物、硝酸和氟硼酸等。放射性癌症风险（RCR）通常随衰变降低，而持久金属等化学危害可在处置环境中长期存在；现有IAEA-TECDOC-1325等浓度比较、Konrad和L’Aube案例、DALY比较和U.S. EPA PRG稳态方法，尚不能将长期处置性能与端点特异性筛查决策直接连接。为此，In Gyu Chang、Ji Su Kang和Jae Hak Cheong开展了整合放射性与化学风险的分级筛查研究，论文发表在《Journal of Hazardous Materials》。

研究人员采用AMBER 6.5.1动态多区室模型，以IAEA ISAM Trench Case为参考近地表沟槽处置库，耦合U.S. EPA RAGS/RERAM暴露、毒性和风险方程，计算RCR、CCR、总超终生癌症风险（total excess lifetime cancer risk, TCR）、危害商（hazard quotient, HQ）和危害指数（hazard index, HI）。模型采用固体-水分配系数（K_d）阻滞、过滤、溶解限（C_sol）及放射衰变/一级损失。评估正常演化与无意人类闯入情景，受体包括居民儿童、成人和挖掘工人。案例样本来源包括INEEL含Be废物、研究堆控制棒Cd、Cintichem Pb、UK NDA Hg、Hanford氰化物、Maine Yankee HBF₄、Yankee Rowe石棉与PCBs、UK Dounreay硝酸钍废物等；并开展拉丁超立方抽样（Latin hypercube sampling, LHS）不确定性与敏感性分析。

结果部分，3.1通用评估：3.1.1源项选取U、Be、Pb、Hg、Cd五种金属，以1 kg化学物和1 Bq/g对应放射性核素进行归一化比较；3.1.2运输参数采用IAEA等来源的筛选级K_d；3.1.3暴露参数按儿童、成人和工人设定；3.1.4数值验证显示Be和Pb浸出液浓度受溶解度约束，癌症风险和HI计算模块与U.S. EPA方程相对误差低于0.1%；3.1.5正常演化中，U风险由RCR主导且作物摄入为主，峰值约1.1×10⁵年，Be的RCR与CCR存在时间滞后，Pb以CCR和饮水摄入主导，Hg仅评估RCR，Cd同时有RCR与CCR，HI均低于1，Pb因无RfD保留作专项评估；3.1.6人类闯入中，Be和Cd的CCR以吸入为主，所有TCR低于10^-4，HI低于1；3.1.7筛查框架提出癌症端点临界放射性浓度（critical radioactivity concentration, C_crit），¹⁰Be为49.6 Bq/g，¹¹³Cd为86.3 Bq/g，非癌症端点采用C_leachate,max≤0.2×C_MCL；3.1.8不确定性与敏感性分析以Be-¹⁰Be为例，归一化RCR、CCR、TCR和HI均低于对应基准，C_crit变异受K_d、溶解度和入渗率影响。

3.2案例研究：3.2.1正常演化下，3.2.1.1金属元素中，Be的TCR为3.00×10^-5，RCR主导，¹⁰Be早期贡献明显，²³²Th与²²⁸Ra长期形成平台，Pb以CCR主导且TCR为5.00×10^-8，Cd以RCR主导且TCR为5.16×10^-11，Hg的TCR为2.94×10^-6，HI中Be约10^-3、Cd约6.00×10^-3，均低于1；3.2.1.2有机化合物中，PCBs在基线降解下快速衰减，TCR为1.79×10^-22，但无降解时TCR和HI显著增加；3.2.1.3溶质型无机化合物中，氰化物释放不受溶解度控制，风险远低于10^-6且HI低于1，硝酸钍废物中Th系列溶解度受限，ELCR为1.75×10^-6且RCR主导，硝酸盐HI低于1，HBF₄中⁶⁰Co快速衰变，ELCR为6.73×10^-26，硼/氟HI成人4.94×10^-5、儿童1.05×10^-4；3.2.1.4纤维颗粒矿物中，石棉受过滤作用限制，TCR为4.59×10^-17，全部为RCR，化学癌症风险在正常演化下无意义。3.2.2人类闯入情景中，Pb、Cd和硝酸钍废物的TCR超过10^-4，外照射为主，Be和Hg在10^-6至10^-4之间，Be和Hg的HI分别为27.2和3.81，超过1，主要因大库存和吸入暴露；浓度比较多低于相关标准，但不能抵消TCR或HI触发。3.2.3筛查框架应用显示，Be的¹⁰Be活度5.53×10⁴ Bq/g高于C_crit 49.6 Bq/g，可筛为低优先CCR，非癌症C_sol为2.50×10^-5 mg/L低于8.00×10^-4 mg/L；Cd的^113mCd为3.21×10⁷ Bq/g，远低于重新计算的C_crit 3.34×10¹⁵ Bq/g，需详细CCR评估，非癌症C_sol为4.00×10^-4 mg/L低于1.00×10^-3 mg/L；复杂混合物则进入端点特异性详细评估。

讨论和结论部分，研究人员将化学风险评估整合入放射性废物关闭后安全评估，开发了基于C_crit和0.2×C_MCL的联合筛查框架。案例研究表明该框架具有操作可行性；长期定量结果应解释为采用假设下的情景指标，而非未来处置库性能的精确预测。虽然正常演化中化学风险常小于放射性风险，但在直接人类闯入、持久性污染物或有限降解/衰减条件下，化学端点可变得重要，Cd案例说明当放射性活度远低于C_crit时需显式评价化学癌症风险。不确定性与敏感性分析表明，筛查结果和阈值受源项库存、K_d、溶解度、入渗率、生物圈转移及降解/衰减参数控制，C_crit应视为参考案例筛查值而非通用阈值。固定元素对筛查最适用于可一致定义源项、运输参数和放射性/化学毒性终点的持久元素；石棉、PCBs、氰化物、硝酸钍废物和氟硼酸等复杂化合物需组分特异性、情景特异性或场址特异性详细评估。局限在于未显式耦合危险化学品与放射性核素之间的地球化学相互作用。结论指出，本研究提出风险信息驱动的分级筛查方法，而非对所有复杂危险废物进行穷尽毒性评估；通过组分特异性C_crit和C_MCL关联指标初级筛查，可将详细评估聚焦于超过筛查边界的废物流。化学风险评估应通过分级筛查处理，而不是先验省略或对所有危险组分穷尽实施。尽管数值演示采用IAEA ISAM Trench Case近地表沟槽处置系统，端点特异性筛查逻辑原则上可通过处置概念特异性定义源项、工程屏障、运输途径、受体情景和暴露假设，适配其他处置系统。未来工作可评估该方法能否扩展至含天然放射性物质（NORM）或限量放射性核素的有害或城市固体废物填埋等情境，但需进一步案例评价和监管审查。