放射性废物固化的目的包括:①使液态的放射性废物转变成便于安全运输、贮存和处置操作的固化体。②将放射性核素固结,阻挡放射性核素进入人类生物圈。③减少废物体积。
已开发的放射性废物固化方法主要包括水泥固化、沥青固化、聚合物固化、玻璃固化、人造岩石固化等。其中使用最为广泛的是水泥固化,而颇具发展前景的是玻璃固化。不同类型的废物应选用不同的固化方法,并综合考虑其安全性、可行性和经济性。例如,水泥固化、沥青固化、聚合物固化通常用于中低水平的放射性废液、化学泥浆、蒸残液和废树脂等废物的处理,玻璃固化主要用于高放废液的处理,人造岩石固化主要用于锕系核素废物的处理。
经固化处理形成的放射性废物固化体应具有良好的化学稳定性、机械稳定性、热稳定性和辐照稳定性,同时还要有尽可能大的废物包容量。对固化体有如下具体要求:
①在放射性废物处置过程中,固化体是阻止放射性核素从长期贮存区释放而提供的第一道屏障,其性能的好坏直接影响放射性核素释放与迁移的能力。固化体应具有较低的浸出率,以减少放射性核素的释放量,进而有效降低放射性污染的扩散风险。
②固化体应具有良好的导热性,以便将废物中放射性核素的衰变释出热量及时导出,从而尽量降低整个固化体由于内部温度过高而损坏的可能性。
③固化体应具有良好的耐辐照性,以使其在贮存或处置过程中不会由于受到放射性废物的持续辐射而损坏。
④固化体应具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性和持久性,以避免在长期地质条件下被周围环境介质或固化体本身所含的化学物质腐蚀。
⑤固化体应具有足够的机械强度,以保证其在装卸、运输、贮存、处置期间的结构完整性。同时固化体的机械稳定性对于阻止放射性核素的迁移起着长期的重要作用。
⑥固化体应具有较高的减容比与较大的放射性物质包容量。一般要求最终的固化体体积尽可能小于掺入的废物体积。减容比越高,相应的运输、贮存、处置费用越低;而固化体的包容量越大,放射性废物处理的经济性也越好。