利用 AMBER 评估 GAEC 场址拟议钻孔处置系统的放射性核素迁移与包容性能

《Journal of Environmental Radioactivity》：Assessment of radionuclide transport and containment performance for a proposed borehole disposal system at the GAEC site using AMBER

　　**摘要要点**- 使用AMBER模型模拟钻孔处置系统中的放射性核素迁移。- 评估了DSRS放射性核素库存的长期演变情况。- 评估了工程屏障的包容性能。- 估计剂量保持在监管安全限值以下。- 钻孔处置方案被证明适合GAEC场地的条件。## 引言在加纳各行业使用密封放射源（SRS）超过六十年来，包括工业、医院、研究和教育等社会经济领域，已积累了大量退役密封放射源（DSRSs）。这些DSRSs所涉及的放射性生态危害，使得对其进行安全管理和处置成为必要。钻孔处置为管理DSRSs提供了一种可行且经济的解决方案，尤其适用于库存量较小、缺乏深层地质处置库基础设施的国家。处置是放射性废物管理的最后阶段，指将放射性废物安置于指定设施或地点，且不再有意回收（IAEA, 2006）。放射性废物管理的基本安全目标是保护人类健康和环境免受电离辐射的有害影响（IAEA, 2006）。与此目标一致，一项核心原则规定，放射性废物的管理方式不得给后代带来不当负担。因此，产生废物的世代必须识别并实施安全、可行且环境上可接受的长期管理方案（IAEA, 2011a）。为实现这一基本安全目标，处置策略依赖于通过被动工程屏障和天然地质特征的组合作用来包容和隔离放射性废物。隔离确保废物与可及生物圈保持分离，而包容则防止或显著延迟放射性核素的迁移。这一延迟为放射性衰变提供充足时间，以防任何潜在释放。包容是通过物理和化学屏障实现的，这些屏障旨在限制或控制放射性物质的释放与扩散。核能规模相对较小的国家，其库存主要由DSRSs组成，在管理放射性废物时面临重大挑战，因为建立大规模处置库的成本过高。作为一种替代方案，可将废物处置于专门工程设计和钻孔施工的设备中，即钻孔处置系统（BDS），见图1。BDS是在南非根据IAEA技术合作计划（TCP）开发的，旨在为DSRSs库存量较小的国家提供解决方案（Kansaana等, 2025; IAEA, 2009）。BDS的设计目的是将经过处理的退役密封放射源安置于一个通过地面直接操作的钻孔工程设施中（IAEA, 2017）。该钻孔直径较窄，为260毫米，深度超过100米，内壁衬有高密度聚乙烯（HDPE）套管。套管外径为160毫米，内径为140毫米，壁厚为10毫米（IAEA, 2005b, 2005c）。DSRSs的包容和隔离通过不锈钢容器和胶囊实现，辅以水泥屏障。该设施分为两个不同区域：处置区和封闭区，如图1所示。放射性废物的有效长期管理要求其处置于一个能确保包容并将其与可及环境隔离的系统中，从而防止污染和人体暴露。由于某些放射性核素具有较长的半衰期，如Ra-226（1600年），BDS的安全性和性能必须在数百年至数千年的时间尺度上得到保障。BDS的工程屏障专门设计用于在如此长的时间跨度内提供包容作用；然而，地下水运动和现有的地球化学条件可能导致其逐渐劣化。这种劣化可能促使放射性核素释放到地下水中，使其通过地圈迁移并最终传输到生物圈。地圈中的裂隙和孔隙结构为放射性核素向可及环境迁移提供了潜在路径（Jussila, 2000）。加纳原子能委员会（GAEC）已提议在其位于加纳大阿克拉地区的场地上建设一个钻孔处置系统（BDS），用于处置在库的DSRSs。闭库后安全论证的一个关键组成部分是模拟放射性核素通过工程屏障和天然屏障的迁移，以评估长期包容性能。本研究应用AMBER软件模拟这些过程并评估拟建BDS的安全性能。拟建BDS的场地设在GAEC位于Kwabenya的院内。GAEC位于阿克拉以北、加纳大学勒贡校区的西北方向（图2）。其距阿克拉市中心约24公里，距勒贡-马迪纳路约6公里，可通过Haatso居民区到达。GAEC场地位于热带稀树草原气候区，具有季节性降水和温和气温的特征。地质构造由风化片岩和片麻岩组成，上覆赤红壤。地下水主要通过裂隙和风化带运动。拟建钻孔深度超过30米，设计意图是将废物隔离在活跃生物圈以下深处，并尽量减少与近地表水文系统的相互作用。## 章节摘要### 2.1 评估模型结构与假设放射性核素库存信息、钻孔系统及其设计（图1），以及控制放射性核素通过地圈释放和迁移的过程，构成了在既定情景（即设计情景和缺陷情景）下开发BDS概念模型的基础。由裂隙和孔隙组成的地圈作为放射性核素迁移至环境中的介质。传输通过地下水流动发生，涉及……### 3 结果与讨论当工程屏障劣化后，放射性核素将迁移通过处置钻孔中的封闭区到达导水性裂隙带。受污染羽流随后通过平流和基质扩散沿高导水率裂隙水平迁移，最终到达100米外的抽水井。沿裂隙迁移的放射性核素会经历基质扩散，这可从两方面减弱放射性核素的迁移：- （i）将其物理分散进入静止水区域……### 4 结论本研究使用AMBER箱室建模方法，评估了为在加纳原子能委员会（GAEC）场地处置退役密封放射源（DSRS）而拟建的一个钻孔处置系统（BDS）的潜在放射性核素迁移和包容性能。该评估基于场地特定信息，通过识别和筛选相关的特征、事件和过程（FEPs），并使用相互作用矩阵建立可追溯的关联……### 5 CRediT作者贡献声明**Paul Essel：** 撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，监督，软件，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念构思。**Eric T. Glover：** 撰写——审阅与编辑，监督。**Abdallah M.A. Dawood：** 撰写——审阅与编辑，正式分析，数据管理。**Gustav Gbeddy：** 撰写——审阅与编辑，可视化，调查，正式分析。**Yaw Adjei-Kyereme：** 撰写——审阅与编辑，方法论，调查……## 利益冲突声明作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响到本文所报告的工作。