核能作為重要的能源來源，在全球范圍內發揮著重要作用。據統計，核能發電量約占全球發電量的9%，而在美國，這一比例更是高達19%。目前，美國共有94座商業核反應堆在運行，發電量接近97千兆瓦。然而，隨著核能發電量的增加，乏燃料的管理問題也日益凸顯。

截至2022年底，美國反應堆場地和獨立乏燃料儲存設施中的商業乏燃料(SNF)重金屬總量已達到約91,000公噸。為了應對這一挑戰，美國能源部(DOE)正積極選址、建造和運營深地質處置庫，以最終處置這些乏燃料以及再處理過程中產生的高放射性廢物(HLW)。

為了支持這一戰略，美國能源部核能辦公室內的乏燃料和高放射性廢物處置辦公室正在規劃SNF和HLW的運輸、臨時儲存和最終處置。

運輸、儲存和處置——及其相互依賴關系統稱為綜合廢物管理系統 (IWMS)。每個都有自己的流程和步驟，共同努力實現管理 SNF 的共同目標。IWMS 可以看作是一個系統集合;它包括反應堆場地儲存系統(濕式和干式儲存)(就建模而言)、運輸系統(鐵路、駁船和重型卡車)、聯邦綜合臨時儲存設施 (CISF) 和處置系統(見圖 1)。

圖 1. 組成 IWMS 的系統及其相互依賴關系

為了向負責評估 IWMS 的決策者提供信息，該辦公室下屬的儲存和運輸辦公室正在開發多種SNF管理工具，包括評估放射性運輸的利益相關者工具(START)、統一數據庫(UDB)、下一代系統分析模型(NGSAM)和STANDARDS等，這些工具廣泛涵蓋乏燃料運輸;后端系統工程;數據存儲和管理;以及從劑量、熱量和臨界性角度進行的 SNF 分析。

START是一個基于網絡的地理空間決策支持工具，它可以幫助決策者規劃SNF的運輸路線。用戶可以選擇出發地和目的地，并定義首選的運輸方式、路線標準和緩沖距離等參數。出發地可以包括核反應堆、大學研究反應堆和 DOE 設施等設施。目的地可以包括這些設施中的任何一個，以及地圖上其他用戶定義的點(前提是存在到該點的運輸路線)。它類似于 Google 或 Apple 地圖，經過微調以滿足 SNF 路線和運輸需求。用戶定義首選的運輸方式 - 鐵路、駁船、重載卡車或它們的組合 - 然后選擇路線標準，包括最小距離、最短時間或最小人口等因素。

該工具還允許用戶輸入首選和禁止的承運人，確定沿途的其他站點，并定義障礙以防止在特定位置創建路線。START的開發得到了太平洋西北國家實驗室(PNNL)和3 Sigma Consulting LLC的支持，并經過定期更新以增強性能和新功能。

圖 2. 從各個原產地(綠色氣球)到美國地理中心的假設目的地(紅色氣球)的 START 路線示例。注意：路線僅供說明之用，并不代表計劃中的 SNF/HLW 運輸路線。

UDB則是一個用于存儲SNF分析所需必要信息的數據庫。它包含了干式容器、裝配、經濟、交通基礎設施等多個屬性的數據，并允許與其他安全或系統分析工具集成。UDB的數據大部分來自核燃料數據調查(GC-859)，公用事業公司可以使用基于Web的應用程序直接上傳其數據。為了提高效率并簡化流程，上傳的數據中的任何錯誤都會實時標記，并可以在數據導出到UDB之前進行更正。

NGSAM是一個強大的分析工具，它可以幫助分析師收集成本和時間表信息，并研究各種廢物管理方案的影響。NGSAM使用多種數據源，包括從UDB導入的容器和燃料相關信息、START生成的運輸路線信息以及分析師提供的場景特定信息。該工具可以在個人臺式電腦或服務器上運行，并支持多個場景的并行分析。

圖 3.NGSAM 工具站點的登陸頁面

STANDARDS則是一種集成式SNF分析工具，它提供了從反應堆中的SNF排放到最終的SNF處置的端到端解決方案。該工具允許分析師支持乏燃料系統和設施的設計、安全和許可相關活動，并包括自動化功能以執行耗竭和衰變熱計算、臨界性估計等核安全分析。

這些工具的開發工作得到了多個國家實驗室的支持，包括阿貢國家實驗室、愛達荷國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室、太平洋西北國家實驗室、桑迪亞國家實驗室和薩凡納河國家實驗室等。這些工具代表了美國成功長期管理SNF的國家能力，并將在未來幾十年內對核電發電的安全利用發揮關鍵作用。

目前，美國能源部的主要優先事項之一是使用基于同意的選址流程選址、建造和運營一個或多個聯邦集中中間儲存設施(CISF)。聯邦CISF項目旨在將全國各地反應堆場址的商業SNF整合到一個中心位置。為了支持這一項目，上述IWMS評估工具將發揮重要作用，幫助決策者估算CISF的規模、計算清理反應堆場地的成本和時間概況、估算鐵路基礎設施需求等。