2025年大学《自然地理与资源环境》专业题库- 核废料资源开发与环境保护

2025年大学《自然地理与资源环境》专业题库——核废料资源开发与环境保护考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简述核废料的分类，并说明各类核废料的主要特性和长期储存面临的主要挑战。二、比较深地质处置和近地表处置两种核废料处置技术的原理、适用条件、主要优点和潜在环境风险。请结合自然地理环境因素，分析选择某特定区域进行核废料处置时需要考虑的关键地质和水文地质条件。三、什么是核废料资源化（或核能利用的延伸）？试述将高放核废料通过嬗变技术转化为低放废料的基本原理，并分析实现这一技术路线所面临的主要科学、工程和经济难题。四、核废料的运输过程可能对环境构成潜在威胁。论述在核废料运输过程中需要采取的关键安全防护措施，以及如何从自然地理和环境保护的角度评估运输路线的选择和潜在风险区划。五、选择一个你所在国家或地区的核废料管理政策（例如，是采用集中处置还是区域处置，或是目前处于研究阶段），概述该政策的主要内容和实施现状。分析该政策在公众接受度、经济成本和环境有效性方面可能面临的挑战，并提出你认为是可行的改进建议。六、从自然地理与资源环境的整体视角出发，论述核能利用（包括核废料处理处置）对区域乃至全球生态环境可能产生的长期影响。请重点讨论放射性物质迁移转化的环境行为及其潜在生态后果，并提出相应的环境监测和修复策略。试卷答案一、核废料分类、特性与储存挑战：1.分类：*高放核废料（HLW）：主要产生于核反应堆的乏燃料（用过的核燃料），含有长寿命的放射性核素，如铀-238、钚-239、锶-90、铯-137等。还包括一些高放次级废物。*中低放核废料（ILW/LLW）：放射性水平低于高放废料，包括反应堆运行产生的废液、设备清洁后的废弃物、医疗和工业应用产生的放射性废物等。其放射性核素半衰期较短或放射性强度较低。*铀矿冶尾矿/放射性废土：来自铀矿开采和冶炼过程产生的含有放射性核素的固体废物。2.主要特性与储存挑战：*高放废料：放射性强度极高，释放大量热量，产生强烈辐射，部分核素半衰期极长（可达数万至数十万年），对环境和人类健康构成长期威胁。储存挑战在于需要长期（数百年至数千年）保持安全隔离，防止放射性物质泄漏到环境中。*中低放废料：放射性水平相对较低，但种类繁多，成分复杂，有些具有腐蚀性或毒性。储存挑战在于需要有效包容放射性物质，防止其迁移，并安全处置较长时间（几十年至数百年）。*铀矿冶尾矿/废土：体积庞大，含有氡气等短寿命放射性核素，以及重金属等毒性物质。储存挑战在于防止雨水淋溶导致放射性物质和重金属污染土壤和地下水，需要长期稳定化处置。二、深地质处置与近地表处置比较及选址因素：1.深地质处置：*原理：将高放核废料封装在坚固容器中，深埋于地下数百至数千米深处稳定、低渗透性的地质构造（如花岗岩、盐岩、粘土层）中，依靠多重屏障（废物容器、缓冲固化材料、地质介质）长期隔离废物与外部环境。*适用条件：需要长期稳定的地质环境，具备良好的封闭性和低渗透性，远离人口密集区和环境敏感区，有足够的技术和资源支持。*主要优点：提供最长期、最可靠的隔离，将环境影响限制在极小范围内，是国际上公认的最具潜力的最终处置方案。*潜在环境风险：需要确保长期（数万年）内多重屏障的完整性；地质构造的长期稳定性；地震等自然灾害的可能性；处置库场址选择的社会接受度。2.近地表处置：*原理：将核废料（通常为中低放废物）封装后，置于地表以下较浅的洞穴、废弃矿井或挖建的地下仓库中，顶部覆盖多层土壤和地质材料进行屏蔽和隔离。*适用条件：需要相对稳定且封闭性尚可的浅层地质条件，如岩石裂隙不发育的盐岩层、致密粘土层或稳定岩层，或利用现有地下空间。*主要优点：工程相对简单，建设周期短，成本较低，适用于处置中等体积的中低放废物，风险相对可控（时间尺度较短）。*潜在环境风险：隔离时间相对较短，对地质条件的长期稳定性要求低于深地质处置；潜在的水文地质联系可能导致放射性物质迁移；场址选择和运营仍需考虑环境和社会影响。3.选址关键地质和水文地质条件（以深地质处置为例）：*长期稳定性：地层构造稳定，不易发生大规模断裂、褶皱或侵蚀，确保处置库长期处于安全环境中。*低渗透性：岩石或土壤的渗透系数极低，能有效阻止地下水流动，减少废物与水的接触和潜在迁移。*良好的封闭性：上下围岩完整，裂隙发育程度低，能提供天然的屏障。*适宜的物理化学环境：温度、压力、pH值等条件适宜，避免对废物容器和封装材料产生不利影响。*远离环境敏感区和人口区：距离地下水补给区、地表水域、生态保护区和人口密集区足够远，即使发生意外泄漏，影响范围也有限。三、核废料资源化与嬗变技术：1.核废料资源化（核能利用的延伸）：指通过物理、化学或核反应方法，从核废料（主要是乏燃料和高放废物）中提取、回收有价值的资源（如铀、钚等可裂变材料，或用于发电；或降低长寿命核素毒性，使其变为短寿命或稳定核素），旨在减少废料体积、降低放射性水平、实现资源循环利用或提高处置安全性。它并非传统意义上的“变废为宝”，而是更侧重于能源和材料回收或废料减容减毒。2.高放核废料嬗变原理：*嬗变（Transmutation）是指通过核反应（如中子轰击）改变原子核的质子数或中子数，使其转变为其他核素的过程。*针对高放废物中的长寿命放射性核素（如锶-90、铯-137、碘-129、锝-99、铀-238、钚-239等），利用反应堆（特别是快堆或加速器驱动的次临界系统ADS）产生的高能中子，使其俘获中子发生一系列核反应，最终将这些长寿命、高放核素转化为半衰期短得多、毒性低得多甚至稳定的核素。*例如：锶-90俘获中子变为锶-91，随后衰变产生稳定的锶-92；钚-239俘获中子可转化为次锕系元素或镎-239，再经嬗变可变为稳定元素。*嬗变过程通常伴随产生中子，部分嬗变产物仍具放射性，需要妥善处理。3.主要科学、工程和经济难题：*科学难题：嬗变产物的放射性、裂变产物处理、中子经济平衡、嬗变效率、材料兼容性（如反应堆材料在强中子辐照下的损伤）。*工程难题：嬗变设施（如专用反应堆或ADS系统）的设计与建造、嬗变燃料的制备与后处理、嬗变残渣的管理处置、高能中子束流产生与控制。*经济难题：嬗变设施建设成本极高、运行维护费用高昂、缺乏成熟的商业化技术和市场、与传统核废料处置方案相比缺乏经济竞争力。四、核废料运输安全防护与环境影响评估：1.关键安全防护措施：*专用运输工具：使用坚固、防冲击、防辐射泄漏的专用运输容器和运输车辆（如铅屏蔽车、特制拖车）。*严格封装：核废料必须封装在符合标准的、具有多重重屏蔽（如钢制废物容器、固化介质、外包装）的容器中，确保运输过程中不会发生破损和放射性泄漏。*辐射监测：装载点、运输途中（车辆内外、路线沿线）、卸载点均需进行严格的环境辐射监测和设备状态检查。*路线规划与优化：选择距离短、交通状况好、人口密度低、环境敏感目标少的固定路线，避开洪水区、地震带、人口密集区、水源保护区等。利用地理信息系统（GIS）进行风险评估和路径优化。*应急准备：制定详细的应急预案，配备应急监测设备、防护用品和救援队伍，明确事故响应程序和通报机制。沿途设置应急监测站。*人员培训与资质：参与运输的人员需经过严格的专业培训，了解核废料特性和应急处理程序，并持有相应资质。*安保措施：对运输车辆和人员采取必要的安保措施，防止盗窃或破坏。2.环境影响评估（自然地理与资源环境视角）：*放射性物质迁移转化：评估运输过程中一旦发生容器破损或事故，放射性核素（如氚、碘-131、锶-90、铯-137等）在不同地理环境（土壤类型、岩石性质、水体）中的迁移途径（大气沉降、地表径流、地下水渗流）、转化行为（衰变、化学形态变化）和累积过程。*生态风险评估：评估放射性物质对沿途经过的生态系统（陆地、水体）中关键生物（植物、微生物、水生生物、鸟类等）的潜在内照射和外照射剂量，以及对生物多样性的影响。*环境基准与风险评估：基于国家或国际环境质量标准，评估事故释放的放射性物质可能导致的环境浓度和居民受照剂量是否超过可接受限值，确定潜在的环境风险区域。*长期影响：考虑某些长寿命核素的潜在长期环境残留和生态效应。*公众认知与接受度：运输路线的环境影响评估结果也是社会接受度评估的重要组成部分，需进行信息公开和公众沟通。五、核废料管理政策分析（示例：中国政策）及建议：1.中国核废料管理政策概述：*现状：中国目前对高放核废料主要采取“暂存”策略，建设高放废物处置库进行集中深地质处置是长远目标，但尚未正式选址和开工建设。中低放废物则根据放射性水平、产生来源和地理位置，实行分类收集、分区暂存、安全处置的管理模式，部分采用近地表处置库或专业化厂房内玻璃固化等暂存方式。医疗废物和工业废物有相对独立的监管体系。*主要内容：强调安全第一、分类处置、逐步推进的原则；加强放射性废物库的选址、设计、建设和运行监管；开展核废料处置技术研发；推动核责任保险制度；加强信息公开和公众沟通。2.面临的挑战：*公众接受度：核废料处置（尤其是深地质处置）具有长期性和潜在风险性，公众普遍存在担忧和疑虑，场址选择面临巨大社会阻力。*经济成本：核废料处置库建设投资巨大，运行维护成本高昂，经济负担重，投资回报机制不明确。*技术不确定性：长期（数万年）内地质构造、地下水环境的变化以及处置技术的可靠性仍存在不确定性。*标准法规体系：相关的标准、法规体系有待进一步完善和协调统一。*跨代际责任与信息传递：如何向后代有效传递核废料的长期风险和处置责任，是一个伦理和沟通上的挑战。3.改进建议：*加强科学沟通与信息公开：以科学、透明、易懂的方式向公众普及核废料知识，解释风险、说明政策、展示进展，建立信任，促进有效沟通。*完善风险评估与沟通机制：在场址选择等决策过程中，引入更严格的独立第三方科学评估，充分听取各方意见，并将评估结果和决策依据向公众充分公开。*探索多元化处置路径与激励措施：在坚持深地质处置为主的同时，研究适用于不同类型中低放废料的先进处置技术（如先进玻璃固化、水泥固化等）；探索合理的经济分担机制（如核电站按比例出资、设立国家核废料处置基金等），减轻单一核电站的负担。*持续科研投入与技术创新：加大对核废料处置技术研发的投入，特别是长期安全性和环境影响的监测、评估与修复技术，以及资源化利用的前沿探索。*健全法律法规与责任体系：进一步完善核废料管理的法律法规，明确各方责任，建立长期稳定的监管和资金保障机制。六、核能利用的环境影响与环境保护（自然地理与资源环境视角）：1.长期环境影响：*核废料处置：如前所述，高放废料的长期安全隔离是关键挑战，若处置不当，可能通过地下水、地表径流、大气扩散等途径，长期、慢性地污染土壤、水体和大气，并通过食物链累积，最终影响生态系统和人类健康。低放废料暂存设施的环境风险也需关注。*核事故：尽管概率低，但一旦发生严重核事故（如切尔诺贝利、福岛），会瞬间释放大量放射性物质，对局部乃至全球环境造成灾难性、长期性的污染，形成长期难以恢复的生态灾难。*核设施运行排放：核电站运行会产生少量放射性流出物（气态如氚、碘-131，液态如锶-90、铯-137等），通过烟囱排放到大气或排入水体。虽然排放量受严格控制，但在大气环流和水循环作用下，可能扩散到较大范围，对环境产生影响，尤其对海洋环境可能存在长期累积效应。*核燃料循环：核燃料后处理和核燃料循环过程中产生的中低放废液和固体废物，其管理和处置同样构成环境压力。2.放射性物质迁移转化与生态后果：*迁移途径：放射性核素可通过多种途径迁移：大气沉降（颗粒态和气溶胶态）、地表径流冲刷、地下水渗流、生物吸收和生物累积。*转化行为：放射性核素的化学性质影响其在环境中的迁移和转化。例如，碘易被植物吸收，铯易吸附在土壤和生物组织上，锶与钙化学性质相似易进入生物骨骼。放射性衰变导致核素种类和活度随时间变化。*生态后果：放射性物质进入生态系统后，会对生物体产生内照射和外照射，导致遗传损伤、生理功能紊乱、生长受阻、繁殖能力下降甚至死亡。通过食物链传递，放射性物质可在生物体内富集，导致整个生态系统结构和功能退化，生物多样性减少。对水生生态系统的影响尤为显著。3.环境保护策略：*强化核安全与风险管理：采用先进的安全技术和管理措施，最大限度降低核事故发生的概率和后果。加强核设施的运行监管和应急准备。*严格的环境监测：建