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建设世界一流地下实验室助推核产业链安全“闭环”


发布时间:2022年11月24日

在“双碳”目标的驱动下,我国核能发展重新进入快车道。截至2022年6月,我国在运核电机组54台(含高温气冷堆),在建及核准机组23台,在运核电各项性能指标位于世界前列,在建核电规模世界第一。据规划,到2030年我国核电装机容量将达到1.1亿千瓦,到2035年将达到1.5亿千瓦以上。随着核电的快速发展,放射性废物安全处置问题越来越受到社会的关注。其中,高水平放射性废物( 简称高放废物 )是放射性最强、毒性最大、含有半衰期最长核素的放射性废物,对人类生存环境的潜在危害大,必须对其进行永久安全处置,且至少满足万年尺度的安全要求。


我国高放废物处置采用“选址—地下实验室—处置库”“三步走”式的发展战略。作为高放废物处置研发中必不可少的科研设施,地下实验室工程被列为国家“十三五”百项重点工程之一。经过前期系统的选址、场址评价、工程设计等工作,2021年6月17日,我国核工业产业链后端的重大里程碑——北山地下实验室正式开工建设,标志着我国高放废物地质处置研究正式进入地下实验室研发阶段。


坚守戈壁科研一线,熔铸北山精神


北山地下实验室场址位于甘肃省西北部,地处戈壁无人区,常年干旱少雨,风沙肆虐,自然条件极为恶劣。在地下实验室工程开工建设之前,野外工作驻地基础设施缺乏,住宿条件从最初的简易帐篷、野外宿营车,再到后来的彩钢房,食物和生活用水需从80公里外的城镇运输到现场,后勤保障难度极大,就连与外界联系也只能站在山顶近1米高的桩子上才能接收到微弱的通讯信号,直到2019年现场才有了手机信号。


就是在这样的艰苦环境下,以中核集团核工业北京地质研究院(  简称“核地研院”  )为核心的研发团队,始终将个人发展与国家需求紧紧相连,长期扎根于此,开展我国高放废物地质处置研究工作,只为完成国家赋予他们的重大使命。在这个过程中,永远不变的是项目驻地上空高高飘扬的五星红旗,“我们干的是国家工程”成为团队成员们最常挂在嘴边的一句话。正是这份“核地报国”的荣誉感和“事业高于一切”的责任心,让工程与科研人员在坚守的同时拥有了不竭的动力,也为各项重大科研任务的完成提供了精神源泉,并熔铸“扎根戈壁、爱国奉献、争创一流、永久安全”的北山精神。


“人生的一种幸福状态,就是和一群志同道合的人,向着一个伟大的目标奔跑。”核地研院副院长陈亮这样告诉团队成员。也正是这句话,映射出北山人的精神风貌、团队气质和工作状态,正是这样一群“志同道合”的北山人,历经几十个寒冬酷暑,为实现“永久安全处置高放废物”这一伟大目标而努力。


立足国家战略需求,推动重大工程建设


我国高放废物地质处置研究工作起步于上世纪八十年代中期,经过三十多年的发展,在规划和法规建设、处置库场址筛选、地下实验室、工程屏障、处置化学、安全评价等方面均取得了不同程度的进展。近年来,随着地下实验室工程的全面推进,以北山团队为核心的科研人员在地下实验室战略规划、场址特性评价、工程设计和建造、缓冲回填材料等方面开展了持续深入研究,并取得了一系列重要成果。


首先,研究提出了高放废物地质处置“三步走”的总体研发战略( 即选址和场址评价、地下实验室研发、处置库建设 ),构建了以“场址筛选—工程设计—安全评价”为核心的技术研发体系,其主要内容被国家级规划采纳并逐步实施。在此基础上,创造性提出了第三代地下实验室—“特定场区型地下实验室”概念,为我国高放废物地质处置地下实验室建设提供了战略途径。其次,研究提出了高放废物地质处置选址准则,建立了场址适宜性评价技术体系,确定了我国高放废物处置库首选预选区,并筛选出目前世界上综合条件最好的地下实验室场址。同时,完成北山坑探设施(BET)建设及现场试验,为地下实验室开挖、科研试验及工程管理奠定了技术储备。紧接着,完成了我国“十三五”标志性核环保工程——北山地下实验室工程设计,提出了“三竖井+螺旋斜坡道+主辅试验水平”的地下主体架构,论证了硬岩掘进机( TBM )开挖斜坡道的可行性,由此,设计出世界上第一条使用TBM在花岗岩中开挖的螺旋隧道。此外,还建立了我国首台高放废物处置系统缓冲材料大型试验台架,研制出了国际上综合性能最优的高放废物处置库缓冲材料( GMZ01型 )。


2021年6月17日,北山地下实验室开工建设,标志着我国高放废物地质处置研究正式进入地下实验室研发阶段,实现了由地表选址迈向地下实验室研究的历史性跨越。截至2022年9月30日,北山地下实验室螺旋斜坡道已施工至464m,人员竖井施工47m,工程各项工作正在全面高质量推进。以北山地下实验室建设工程为平台,核地研院研究团队联合中科院、清华大学、南京大学、兰州大学等国内知名高校和科研机构,采用“小核心、大协作”的科技创新模式,正在地下实验室现场系统开展场址特性评价、深部岩体开挖技术及设备研制、现场试验关键技术研发、缓冲材料原位安装技术研发、安全评价及处置概念研究等多项重点科研任务,为建设国际一流地下实验室、推动处置库研发进程、保障国家核安全提供保障。


打造一流人才队伍,加强创新平台建设


2000年,原国防科工委批复了首个高放废物地质处置研究项目,正式拉开了高放废物处置库候选场址筛选的序幕。为培养该领域专业人才,提升自主科研创新水平,保障国家核安全战略需求,核地研院在原国防科工委、中核集团等上级主管部门的关心和支持下,成立了当时仅有10人的高放废物地质处置技术研发团队( 即北山团队 ),当时主要从事高放废物地质处置库选址工作。


历经二十余年的发展,北山团队现有成员58人,其中包含28位博士,20名硕士,专业学科涵盖地质、水文地质、岩石力学、缓冲材料、工程技术、安全评价、工程管理等,已成为我国高放废物地质处置研发的核心团队,是包含“全国十大最美科技工作者”、“钱三强”科技奖获得者、“黄汲清”地质科学奖获得者、“百千万人才工程”、“国防科技卓越青年”等高层次领军人才在内的一流人才队伍。自组建以来,团队累计承担完成20余项省部级以上重大科研项目,在处置库场址筛选和评价、地下实验室选址和设计、缓冲材料研究等方面取得了一批原创性成果,先后获得包含国防科学技术进步一等奖在内的各类科技奖项20余项。


为加快推进高放废物地质处置研发,以北山地下实验室为平台,国家原子能机构于2021年1月批准设立高放废物地质处置创新中心。2021年10月,国家原子能机构主任张克俭和国际原子能机构总干事格罗西以视频会议形式,共同见证双方签署合作协议,指定核地研院为国际原子能机构全球首个高放废物地质处置协作中心。两个中心的设立,既是我国高放废物地质处置领域开展科技攻关、技术创新、国际交流、人才培养的创新基地,也是面向世界,与各国开展高放废物地质处置技术合作的平台,可为安全处置高放废物提供中国智慧和中国方案。


坚持党建引领,创新探索党建模式


工程实践和科研创新上的每一步都离不开高质量党建的引领和保障。核地研院高放废物处置研发团队下设工程和科研2个党支部,拥有党员共29名(占团队总人数一半),其中获得博士学位党员达到28名,是典型的高学历科研型党支部。在核地研院党委的坚强领导下,党支部始终深入贯彻落实习近平新时代中国特色社会主义思想,认真落实“三会一课”和“第一议题”制度,积极开展主题党日活动,不断加强支部标准化建设,推进党建融入中心工作,以高质量党建引领高质量发展,为地下实验室工程建设及科技创新夯实了组织根基。


为切实保障地下实验室工程顺利实施,结合党支部及党员构成特点,始终立足“融入工程抓党建,抓好党建促工程”总体思路,创新性构建了“工程—科研—地方”三位一体党建联建模式,实现了与地下实验室建设的目标同向、同频共振,充分发挥了工程现场各党组织的战斗堡垒作用和党员的先锋模范作用。2022年7月7日,正值建党101周年之际,北山地下实验室党建联建联合委员会在北山工程建设现场召开了第一次会议,并举行了党员先锋队和青年突击队授旗活动,标志着地下实验室工程党建联建工作正式启动。随后,“重走核工业之路——北山精神”、“党建共联、同心聚力”等一系列党建联建活动在北山现场相继开展,在指引地下实验室工程建设顺利推进的同时,进一步丰富了北山团队文化和“北山精神”内涵。


近年来,北山地下实验室建设工程也得到了各级领导的关怀和支持。2020年7月,国防科工局局长、党组书记张克俭赴北山指导工程建设,指出要将北山地下实验室打造成为世界一流的地下实验室。2021年9月,生态环境部部长黄润秋考察北山地下实验室,要求扎实推进北山地下实验室设施建设,为永久安全处置高放废物奠定场址和技术基础。2022年4月,甘肃省委书记、省人大常委会主任尹弘调研北山地下实验室建设工程进展,强调进一步深化地企合作,保障工程顺利实施,推动核工业可持续发展。


中核集团党组书记、董事长余剑锋多次赴北山指导工作,强调要始终牢记初心使命,心系“国之大者”,加强科技创新,筑牢环境安全基石,为建设世界一流地下实验室,永久安全处置高放废物奠定场址、工程和技术基础。


北山地下实验室工程建设总指挥、 副总经理曹述栋多次强调,北山地下实验室是展现我国核工业形象、引领国际高放废物地质处置科技攻关的重大工程, 要充分认识项目实施的重大意义,提高政治站位,加强顶层设计,立足自主创新,坚持国际合作,建立符合我国实际的高放废物地质处置技术标准体系。


加强国际交流与合作,提升科技创新水平


高放废物安全处置问题一直是有关国际组织和国家的关注焦点。美国、加拿大、瑞典、芬兰、法国、日本等国家相继建设了20余座地下实验室,为推动高放废物地质处置技术开发和处置库建设发挥了至关重要的作用。目前,芬兰已于2021年开始建设处置库,计划于明年开始处置第一罐乏燃料( 示范处置 );瑞典政府已于2020年批准了乏燃料处置库建造许可;法国预计也将于2025年左右开始建造处置库。这些国家的研发历程和成果也将为我国深入开展高放废物地质处置研发提供宝贵经验。


为确保高放废物地质处置研发的先进性和前瞻性,以核地研院为代表的科研团队高度重视国际合作与交流,与十余个国家、地区及国际原子能机构建立了广泛友好的科技交流和双边合作关系,并取得了良好的合作成效。目前,团队已连续完成8个国际原子能机构技术合作( IAEA-TC )项目,其成果被赞誉为IAEA技术合作典范。同时,与法国、瑞典、芬兰、日本、比利时、德国、俄罗斯、韩国等国的研究机构签署了长期合作双边协议或合作备忘录。通过国外科学访问、技术培训、会议交流等形式,引进了一批具有国际先进水平的科研设备,培养了一批具有国际视野的青年科技人才,显著提升了我国在高放废物地质处置领域的知名度和影响力,为推动国际高放废物地质处置研发进程作出了重要贡献。


我国计划于2028年建成高放废物地质处置地下实验室,2040年左右建立完整的地质处置理论,掌握安全处置技术,启动高放废物处置库建设,最终实现核工业产业链的最终“闭环”。今后,将进一步弘扬“两弹一星”精神、新时代核工业精神和北山精神,胸怀“国之大者”,锚定“三新一高”,以国家战略需求为导向,不断加大科技创新、能力建设和人才培养力度,积极推动高放废物处置技术研发进程,为最终安全处置高放废物、建设美丽中国做出更大贡献。

            新闻来源:中国核能行业协会                                             发布时间:2022-11-24