深钻孔处置高放废物研究获进展
摘要
Deep Isolation公司获得美国能源部资助的研究证实，深钻孔处置技术可用于处理先进反应堆燃料后处理产生的高放废物。该公司与Oklo及国家实验室合作，分析废物流并建立技术框架，证明废物形式与深钻孔处置兼容，长期安全水平超过设定目标。深钻孔技术利用石油钻井设备，将废物置于地下深处的水平钻孔中密封。该技术为闭合金属燃料循环和核废料永久处置提供了潜在解决方案。
美国核废料处置公司Deep Isolation Nuclear Inc宣布，联邦资助的研究表明，深钻孔处置可能是处置先进反应堆燃料后处理产生的高放废物的可行选择。
Deep Isolation是2022年3月美国能源部(DOE)宣布的3600万美元资助的受助方之一，该资助用于11个项目，旨在增加核能作为可靠清洁能源的使用，并限制先进反应堆产生的放射性废物量。这些奖项通过DOE先进能源研究计划署(ARPA-E)的优化核废料和先进反应堆处置系统(ONWARDS)计划颁发。ONWARDS于2021年启动，是ARPA-E首个旨在识别和促进先进反应堆乏燃料后处理、废物形式、乏燃料处置途径及相关先进保障技术的计划。
在一个名为“实现电精炼设施近期商业化以闭合金属燃料循环”的项目中，Deep Isolation与Oklo Inc以及Argonne和Idaho美国国家实验室合作，共同获得400万美元资助，以商业化一个燃料后处理设施。该设施将包括针对不可回收废物的、与深钻孔处置库兼容的最终废物解决方案。这个由Oklo主导的项目是首个专注于识别减少废物材料和最小化处置场地需求的途径的计划，也是首个联邦资助的、探索将商业钻孔解决方案与先进反应堆开发商的后处理设施配对的计划。
在该项目中，Deep Isolation分析了电精炼设施将产生的废物流，以确定适合深钻孔处置库的废物形式。它还将建立使用深钻孔处置库作为电精炼补充的技术和成本节约框架。Oklo和Argonne将重点通过先进的自动化技术和传感器技术实现燃料后处理的工业化。
Deep Isolation现在表示，其分析“已确认通过Argonne基准电精炼过程分区的核废物流与深钻孔处置兼容，展示了一条永久隔离的安全且实用的途径。基于物理的建模表明，高放废物在通用页岩和花岗岩主岩中，通过Deep Isolation的深钻孔系统处置后，达到了超过模型设定目标的长期安全水平，并且暴露水平比严格的辐射暴露剂量标准低几个数量级”。
该公司补充道：“这项全面计划的结果增强了信心，即钻孔处置可以作为先进反应堆燃料后处理产生的高放废物的可行选择，突显了如果美国法律修改以授权钻孔处置库处置高放废物，闭合金属燃料循环的潜在途径。”
Deep Isolation工程执行副总裁Jesse Sloane表示：“与Oklo的这次合作为先进反应堆生态系统和我们的核废料深钻孔处置解决方案迈出了重要一步。通过将燃料回收创新与先进的深地质处置技术相结合，我们正在帮助为完全集成的、可持续的核未来奠定技术基础。”
钻孔技术
深钻孔处置——钻入地壳深处的狭窄垂直孔——自20世纪50年代以来一直被考虑作为放射性废物地质隔离的一种选择。深钻孔概念已在包括丹麦、瑞典、瑞士和美国在内的国家得到发展，但尚未实施。
Deep Isolation的专利技术利用标准钻井技术，使用石油和天然气钻井行业中常见的现成工具和设备。它设想将核废物置于耐腐蚀罐中——通常直径为9-13英寸（22-33厘米），长14英尺——放入已稳定数千万至数亿年的岩石钻孔中。钻孔——内衬钢套管——始于垂直通道段，然后逐渐弯曲直至接近水平，并略微向上倾斜。这个水平“处置段”长度可达两英里（3.2公里），位于地表以下几千英尺到两英里之间，具体取决于地质条件。一旦废物就位，钻孔的垂直通道段及其水平处置段的起始部分将使用岩石、膨润土和其他材料进行密封。
Deep Isolation的通用罐系统(UCS)——通过与NAC International Inc合作，通过一项由DOE先进能源研究计划署(ARPA-E)资助的为期三年的项目开发——旨在容纳一系列先进反应堆废物流，包括后处理产生的玻璃固化废物、TRISO乏燃料以及熔盐堆产生的卤化物盐。该公司表示，它与现代干式贮存和运输基础设施兼容，并满足钻孔和矿坑处置库选项的性能和安全要求，这为未来废物处置提供了更大的灵活性和减少了不确定性。
今年1月，Deep Isolation表示，另一项同样由DOE的ARPA-E计划资助的为期两年的研究项目，将其UCS置于地表以下数千英尺处发现的条件下，结果显示其制造所用材料性能可靠，并能长期保持耐腐蚀性。
上个月，Deep Isolation宣布启动其多年期、全尺寸、深度的深钻孔示范计划，以测试其安全、永久地在地下深处处置核废料的技术。