來源:中國核能行業協會 發布日期:2022-11-24
在“雙碳”目標的驅動下,我國核能發展重新進入快車道。截至2022年6月,我國在運核電機組54臺(含高溫氣冷堆),在建及核準機組23臺,在運核電各項性能指標位于世界前列,在建核電規模世界第一。據規劃,到2030年我國核電裝機容量將達到1.1億千瓦,到2035年將達到1.5億千瓦以上。隨著核電的快速發展,放射性廢物安全處置問題越來越受到社會的關注。其中,高水平放射性廢物( 簡稱高放廢物 )是放射性最強、毒性最大、含有半衰期最長核素的放射性廢物,對人類生存環境的潛在危害大,必須對其進行永久安全處置,且至少滿足萬年尺度的安全要求。
我國高放廢物處置采用“選址—地下實驗室—處置庫”“三步走”式的發展戰略。作為高放廢物處置研發中必不可少的科研設施,地下實驗室工程被列為國家“十三五”百項重點工程之一。經過前期系統的選址、場址評價、工程設計等工作,2021年6月17日,我國核工業產業鏈后端的重大里程碑——北山地下實驗室正式開工建設,標志著我國高放廢物地質處置研究正式進入地下實驗室研發階段。
堅守戈壁科研一線,熔鑄北山精神
北山地下實驗室場址位于甘肅省西北部,地處戈壁無人區,常年干旱少雨,風沙肆虐,自然條件極為惡劣。在地下實驗室工程開工建設之前,野外工作駐地基礎設施缺乏,住宿條件從最初的簡易帳篷、野外宿營車,再到后來的彩鋼房,食物和生活用水需從80公里外的城鎮運輸到現場,后勤保障難度極大,就連與外界聯系也只能站在山頂近1米高的樁子上才能接收到微弱的通訊信號,直到2019年現場才有了手機信號。
就是在這樣的艱苦環境下,以中核集團核工業北京地質研究院( 簡稱“核地研院” )為核心的研發團隊,始終將個人發展與國家需求緊緊相連,長期扎根于此,開展我國高放廢物地質處置研究工作,只為完成國家賦予他們的重大使命。在這個過程中,永遠不變的是項目駐地上空高高飄揚的五星紅旗,“我們干的是國家工程”成為團隊成員們最常掛在嘴邊的一句話。正是這份“核地報國”的榮譽感和“事業高于一切”的責任心,讓工程與科研人員在堅守的同時擁有了不竭的動力,也為各項重大科研任務的完成提供了精神源泉,并熔鑄“扎根戈壁、愛國奉獻、爭創一流、永久安全”的北山精神。
“人生的一種幸福狀態,就是和一群志同道合的人,向著一個偉大的目標奔跑。”核地研院副院長陳亮這樣告訴團隊成員。也正是這句話,映射出北山人的精神風貌、團隊氣質和工作狀態,正是這樣一群“志同道合”的北山人,歷經幾十個寒冬酷暑,為實現“永久安全處置高放廢物”這一偉大目標而努力。
立足國家戰略需求,推動重大工程建設
我國高放廢物地質處置研究工作起步于上世紀八十年代中期,經過三十多年的發展,在規劃和法規建設、處置庫場址篩選、地下實驗室、工程屏障、處置化學、安全評價等方面均取得了不同程度的進展。近年來,隨著地下實驗室工程的全面推進,以北山團隊為核心的科研人員在地下實驗室戰略規劃、場址特性評價、工程設計和建造、緩沖回填材料等方面開展了持續深入研究,并取得了一系列重要成果。
首先,研究提出了高放廢物地質處置“三步走”的總體研發戰略( 即選址和場址評價、地下實驗室研發、處置庫建設 ),構建了以“場址篩選—工程設計—安全評價”為核心的技術研發體系,其主要內容被國家級規劃采納并逐步實施。在此基礎上,創造性提出了第三代地下實驗室—“特定場區型地下實驗室”概念,為我國高放廢物地質處置地下實驗室建設提供了戰略途徑。其次,研究提出了高放廢物地質處置選址準則,建立了場址適宜性評價技術體系,確定了我國高放廢物處置庫首選預選區,并篩選出目前世界上綜合條件最好的地下實驗室場址。同時,完成北山坑探設施(BET)建設及現場試驗,為地下實驗室開挖、科研試驗及工程管理奠定了技術儲備。緊接著,完成了我國“十三五”標志性核環保工程——北山地下實驗室工程設計,提出了“三豎井+螺旋斜坡道+主輔試驗水平”的地下主體架構,論證了硬巖掘進機( TBM )開挖斜坡道的可行性,由此,設計出世界上第一條使用TBM在花崗巖中開挖的螺旋隧道。此外,還建立了我國首臺高放廢物處置系統緩沖材料大型試驗臺架,研制出了國際上綜合性能最優的高放廢物處置庫緩沖材料( GMZ01型 )。
2021年6月17日,北山地下實驗室開工建設,標志著我國高放廢物地質處置研究正式進入地下實驗室研發階段,實現了由地表選址邁向地下實驗室研究的歷史性跨越。截至2022年9月30日,北山地下實驗室螺旋斜坡道已施工至464m,人員豎井施工47m,工程各項工作正在全面高質量推進。以北山地下實驗室建設工程為平臺,核地研院研究團隊聯合中科院、清華大學、南京大學、蘭州大學等國內知名高校和科研機構,采用“小核心、大協作”的科技創新模式,正在地下實驗室現場系統開展場址特性評價、深部巖體開挖技術及設備研制、現場試驗關鍵技術研發、緩沖材料原位安裝技術研發、安全評價及處置概念研究等多項重點科研任務,為建設國際一流地下實驗室、推動處置庫研發進程、保障國家核安全提供保障。
打造一流人才隊伍,加強創新平臺建設
2000年,原國防科工委批復了首個高放廢物地質處置研究項目,正式拉開了高放廢物處置庫候選場址篩選的序幕。為培養該領域專業人才,提升自主科研創新水平,保障國家核安全戰略需求,核地研院在原國防科工委、中核集團等上級主管部門的關心和支持下,成立了當時僅有10人的高放廢物地質處置技術研發團隊( 即北山團隊 ),當時主要從事高放廢物地質處置庫選址工作。
歷經二十余年的發展,北山團隊現有成員58人,其中包含28位博士,20名碩士,專業學科涵蓋地質、水文地質、巖石力學、緩沖材料、工程技術、安全評價、工程管理等,已成為我國高放廢物地質處置研發的核心團隊,是包含“全國十大最美科技工作者”、“錢三強”科技獎獲得者、“黃汲清”地質科學獎獲得者、“百千萬人才工程”、“國防科技卓越青年”等高層次領軍人才在內的一流人才隊伍。自組建以來,團隊累計承擔完成20余項省部級以上重大科研項目,在處置庫場址篩選和評價、地下實驗室選址和設計、緩沖材料研究等方面取得了一批原創性成果,先后獲得包含國防科學技術進步一等獎在內的各類科技獎項20余項。
為加快推進高放廢物地質處置研發,以北山地下實驗室為平臺,國家原子能機構于2021年1月批準設立高放廢物地質處置創新中心。2021年10月,國家原子能機構主任張克儉和國際原子能機構總干事格羅西以視頻會議形式,共同見證雙方簽署合作協議,指定核地研院為國際原子能機構全球首個高放廢物地質處置協作中心。兩個中心的設立,既是我國高放廢物地質處置領域開展科技攻關、技術創新、國際交流、人才培養的創新基地,也是面向世界,與各國開展高放廢物地質處置技術合作的平臺,可為安全處置高放廢物提供中國智慧和中國方案。
堅持黨建引領,創新探索黨建模式
工程實踐和科研創新上的每一步都離不開高質量黨建的引領和保障。核地研院高放廢物處置研發團隊下設工程和科研2個黨支部,擁有黨員共29名(占團隊總人數一半),其中獲得博士學位黨員達到28名,是典型的高學歷科研型黨支部。在核地研院黨委的堅強領導下,黨支部始終深入貫徹落實習近平新時代中國特色社會主義思想,認真落實“三會一課”和“第一議題”制度,積極開展主題黨日活動,不斷加強支部標準化建設,推進黨建融入中心工作,以高質量黨建引領高質量發展,為地下實驗室工程建設及科技創新夯實了組織根基。
為切實保障地下實驗室工程順利實施,結合黨支部及黨員構成特點,始終立足“融入工程抓黨建,抓好黨建促工程”總體思路,創新性構建了“工程—科研—地方”三位一體黨建聯建模式,實現了與地下實驗室建設的目標同向、同頻共振,充分發揮了工程現場各黨組織的戰斗堡壘作用和黨員的先鋒模范作用。2022年7月7日,正值建黨101周年之際,北山地下實驗室黨建聯建聯合委員會在北山工程建設現場召開了第一次會議,并舉行了黨員先鋒隊和青年突擊隊授旗活動,標志著地下實驗室工程黨建聯建工作正式啟動。隨后,“重走核工業之路——北山精神”、“黨建共聯、同心聚力”等一系列黨建聯建活動在北山現場相繼開展,在指引地下實驗室工程建設順利推進的同時,進一步豐富了北山團隊文化和“北山精神”內涵。
近年來,北山地下實驗室建設工程也得到了各級領導的關懷和支持。2020年7月,國防科工局局長、黨組書記張克儉赴北山指導工程建設,指出要將北山地下實驗室打造成為世界一流的地下實驗室。2021年9月,生態環境部部長黃潤秋考察北山地下實驗室,要求扎實推進北山地下實驗室設施建設,為永久安全處置高放廢物奠定場址和技術基礎。2022年4月,甘肅省委書記、省人大常委會主任尹弘調研北山地下實驗室建設工程進展,強調進一步深化地企合作,保障工程順利實施,推動核工業可持續發展。
中核集團黨組書記、董事長余劍鋒多次赴北山指導工作,強調要始終牢記初心使命,心系“國之大者”,加強科技創新,筑牢環境安全基石,為建設世界一流地下實驗室,永久安全處置高放廢物奠定場址、工程和技術基礎。
北山地下實驗室工程建設總指揮、 副總經理曹述棟多次強調,北山地下實驗室是展現我國核工業形象、引領國際高放廢物地質處置科技攻關的重大工程, 要充分認識項目實施的重大意義,提高政治站位,加強頂層設計,立足自主創新,堅持國際合作,建立符合我國實際的高放廢物地質處置技術標準體系。
加強國際交流與合作,提升科技創新水平
高放廢物安全處置問題一直是有關國際組織和國家的關注焦點。美國、加拿大、瑞典、芬蘭、法國、日本等國家相繼建設了20余座地下實驗室,為推動高放廢物地質處置技術開發和處置庫建設發揮了至關重要的作用。目前,芬蘭已于2021年開始建設處置庫,計劃于明年開始處置第一罐乏燃料( 示范處置 );瑞典政府已于2020年批準了乏燃料處置庫建造許可;法國預計也將于2025年左右開始建造處置庫。這些國家的研發歷程和成果也將為我國深入開展高放廢物地質處置研發提供寶貴經驗。
為確保高放廢物地質處置研發的先進性和前瞻性,以核地研院為代表的科研團隊高度重視國際合作與交流,與十余個國家、地區及國際原子能機構建立了廣泛友好的科技交流和雙邊合作關系,并取得了良好的合作成效。目前,團隊已連續完成8個國際原子能機構技術合作( IAEA-TC )項目,其成果被贊譽為IAEA技術合作典范。同時,與法國、瑞典、芬蘭、日本、比利時、德國、俄羅斯、韓國等國的研究機構簽署了長期合作雙邊協議或合作備忘錄。通過國外科學訪問、技術培訓、會議交流等形式,引進了一批具有國際先進水平的科研設備,培養了一批具有國際視野的青年科技人才,顯著提升了我國在高放廢物地質處置領域的知名度和影響力,為推動國際高放廢物地質處置研發進程作出了重要貢獻。
我國計劃于2028年建成高放廢物地質處置地下實驗室,2040年左右建立完整的地質處置理論,掌握安全處置技術,啟動高放廢物處置庫建設,最終實現核工業產業鏈的最終“閉環”。今后,將進一步弘揚“兩彈一星”精神、新時代核工業精神和北山精神,胸懷“國之大者”,錨定“三新一高”,以國家戰略需求為導向,不斷加大科技創新、能力建設和人才培養力度,積極推動高放廢物處置技術研發進程,為最終安全處置高放廢物、建設美麗中國做出更大貢獻。 (作者:王駒 田霄 作者單位:核地研院)
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