核废料处理
核废料处理
核废料处理

核废料处理泛指在核燃料生产、加工和核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料。也专指核反应堆用过的乏燃料,经后处理回收钚239等可利用的核材料后,余下的铀-238  等不再需要的并具有放射性的废料。

核废料处理条件

核废料是核物质在核反应堆(原子炉)内燃烧后余留下来的核灰烬,具有极强烈的放射性,而且其半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年。也就是说,在几十万年后,这些核废料还能伤害人类和环境。所以如何安全、永久地处理核废料是科学家们一个重大的课题。

科学家们说,安全、永久地处理核废料有两个必需条件:首先要安全、永久地将核废料封闭在一个容器里,并保证数万年内不泄露出放射性。科学家们为达到这个目的,曾经设想将核废料封在陶瓷容器里面,或者封在厚厚的玻璃容器里面。但科学实验证明,这些容器存入核废料在100年以内效果还是很理想。但100年以后,容器就经受不住放射线的猛烈轰击而发生爆裂,到那时,放射线就会散发到周围环境中,后果不堪设想。英国皇家科学院发现一种新型水晶可以经受得住放射线的强烈攻击,用它来生产贮藏核废料的容器,能够更大程度上保证安全。然而,要寻找到一种能够在几万年内,都忍受得住放射线辐射的物质,仍然是科学家们努力的方向。

其次,要寻找一处安全、永久存放核废料的地点。这个地点要求物理环境特别稳定,长久地不受水和空气的侵蚀,并能经受住地震、火山、爆炸的冲击。科学家们实验证明,在花岗岩层、岩盐层以及粘土层可以有效地保证核废料容器数百年内不遭破坏。但数百年后,这些存放地点会不会发生破坏是无法预料的。科学家们建议,最好的方法是先在这样一个稳定地点挖一个数百米深的坑道存放核废料,待将来科学发达了,再寻找更好的办法处理这些“人类杀手”。

 

处理方法

封装处置法 

自从1945年人类进入核时代以来,小小的原子核如同一个不断释放出宝物的魔瓶,人类拥有了提供巨大能量的核电站、可以许多次环绕地球不停的核轮船、可以杀灭肿瘤的核仪器、可以探测太空的核飞船……但是,核废料的产生及对人类的长久威胁也恰恰说明,任何事物都有两面性。人类在享受大自然恩赐的同时,也要承担保护大自然的责任,否则将受到严厉的惩罚,但愿人类能够关爱好自己的这个家园。核废料的处理,国际上通常采用海洋和陆地两种方法处理核废料。一般是先经过冷却、干式储存,然后再将装有核废料的金属罐投入选定海域4000米以下的海底,或深埋于建在地下厚厚岩石层里的核废料处理库中。美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚等一些国家因幅员辽阔,荒原广袤,一般采用陆地深埋法。为了保证核废料得到安全处理,各国在投放时要接受国际监督。

通常所说的核废料包括中低放射性核废料和高放射性核废料两类,前者主要指 核电站在发电过程中产生的具有放射性的废液、废物,占到了所有核废料的99%, 后者则是指从核电站反应堆芯中换出来的燃烧后的核燃料,因为其具有高度放射性 ,俗称为高放废料。

中低放射性核废料危害较低,国际上通行的做法是在地面开挖深约10—20米的壕沟,然后建好各种防辐射工程屏障,将密封好的核废料罐放入其中并掩埋,一段 时间后,这些废料中的放射性物质就会衰变成对人体无害的物质。这种方法经过几 十年的发展,技术已经十分成熟,安全性也有保障。目前我国已经建成两个中低放 射性核废料处置场,其中北龙中低放处置场位于广东省大亚湾附近,另外一个则建 在甘肃省某地。高放废料则含有多种对人体危害极大的高放射性元素。这些高放射性元素的半衰期长达数万年到十万年不等,如果不能妥善处置将会给当地环境带来毁灭性影响。上个世纪的冷战期间,原苏联出于成本等因素考虑,将核武器工厂产生的高放废料直接排入了附近的河流湖泊当中,造成了严重生态灾难。位于著名的原子能城车里雅宾斯克旁边的加腊苏湖曾经是野生动物的乐园,如今却因受到核废料污染变成了一潭死水,据俄罗斯环保专家称,该湖的生态环境在未来十几万年内都无法得到恢复。

处置方法

世界难题 过去几十年,如何处理核废料一直是核工业面临的一个悬而未解的难题。例如美国就已经在该问题上进行了长达20年的研究,并耗费了上百亿美元的支出。美国在1987年首次提出了在内华达州山脉中的深层地址结构中存放核废料的计划,但时至今日,该计划的实施仍然没有任何的进展。对于有"万年恶灵"之称的高放射性核废料,学界认为最为妥当的处置方法是地质深埋,但因其建造要求特殊、技术复杂,截至目前,在国际上并无一座成型的永久性放废库。

处理方法1.送入太空 如果在太阳系游荡或向太阳坠落,核废料便很难对地球上的环境造成破坏。然而,如何将核废料送入太空还是一个难题。因为,使用火箭承载这种方式有时会遭遇发射的失败事故。

2.深度钻孔 深度钻孔需要将作废的核燃料棒包裹在密封的钢结构中,而后埋入地下数英里深的地方。其优势是可以在核反应堆就近地区进行钻孔,缩短高放核废料在处理前的运输距离。

3.海床下储存 海洋中大部分区域——海床都是由厚重的粘土构成,最适合吸收放射性衰变产物。然而,海床下储存需要在水下钻孔,有"墨西哥湾"漏油事故这一前车之鉴,貌似这种解决方案还要经受长时间的考验才能付诸实施。此外,在海洋内处理核废料的做法需要先修改国际协议。

4.埋入潜没区 将核废料埋入潜没区(潜没是指一个地板块受力下降到另一板块之下的过程)可以让作废的核燃料棒沿着地球构造板块的"传送带"移动并最终进入地幔层。然而,埋入潜没区这种处理方式也违背了一些国际条约。

5.冰冻处理 核废料的温度一般很高,将其装入钨球中投放到较为稳定的冰原上,钨球会随着周围冰的融化向下移动,上方的融冰则又再次凝固。不过,冰原会发生移动,导致放射性物质会像冰山一样在海洋中漂浮。  6.封入合成岩 将核废料埋入地下需要考虑如何防止核废料污染周围的土壤和水。合成岩可以吸收清水反应堆和钚核裂变产生的特定废物。它们是一种陶瓷制品,能够将核废料封入晶格内,用以模拟在地质构造上较为稳定的矿石。

7.使用液压笼 一旦渗入地下水,地下核废料储存设施将变得尤为危险。如果在核废料周围建造一个类似三维深沟的水笼,地下水便不会渗入放射性物质。未来的核废料处理装置应该做到防泄漏,而液压笼的作用则是防止地下水污染的情况发生。在过去30余年的运行中,中国核工业系统积存了几万立方米的中、低放固体废物,以及目前每年会产生约150吨高放废料。另外,专家推测,中国核废料存储空间上的压力会在2030年前后出现,那时,仅核电站产生的高放射核废料,每年就将高达3200吨。

为了寻找安全处理高放废料的方法,人类从上个世纪50年代起就开始了相关研究。有人曾提出用火箭把高放废料送到宇宙空间。可是这种方法费用极高,而且火箭发射还有失败的风险,所以这种方法仅停留在设想阶

深埋处置法  

段。之后,有人又提出了冰盖处置的设想。就是把高放废物放置在南极或北极的冰盖上,由高放废料本身产生热量融化冰层,使废料桶最后沉到冰层底部,从而被永久隔离。但是由于冰盖路途遥远,冰盖的地质演化具有不确定性,这种方法也只能是纸上谈兵。除此之外,还有科学家提出将核废料抛入深海沟等方法,但这些方法不是费用太高,就是在技术上无法实现,最重要的是它们都无法确保绝对安全,而这恰恰是高放废料处理的基本要求。经过多年的试验与研究,目前世界上公认的最安全可行的方法就是深地质处置方法,即将高放废料保存在地下深处的特殊仓库中永久保存。