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核電新科技：如何安全處理核廢料

北極星電力網新聞中心  2013-4-24    
 
華盛頓州漢福德核禁區

據《德國之聲》報道，德國政府日前首次就在德境內尋找核廢料終端儲存地草案取得了共識，并將于年內進行表決。盡管自日本福島核事故后，德國尚在運營的核電站已屈指可數，但柏林仍在為如何安全處理核廢料而絞盡腦汁。
根據該草案，將由來自政府和民間的24位代表組成專門委員會，在2015年底前考察哪些地點適合存放核廢料，并于2031年最終敲定存放地點。目前，德國境內還有9座核電站，主要由瑞典瀑布能源公司、意昂能源公司等幾家企業運營。核廢料主要儲存在下薩州的戈萊本，不過該地區如今已無法存放更多的核廢料了。
德國多位政要均表示，該草案達成共識是一次重大突破，有利于為核廢料儲存地的選擇確立科學標準。
來自彭博社的消息稱，德國的核電運營商們將不得不承擔大約20億歐元（約合26億美元）的高昂代價來為核廢料“埋單”。
德國環境部長阿特麥爾4月10日公開表示：“根據規定，誰制造的廢料就應該由誰負責。因此，處理這些核廢料的費用最終將由核電運營商來支付。”
核廢料處理費用將主要用于運輸和建設填埋場。盡管德國計劃在2022年前關閉所有核反應堆，但迄今為止已經花費超過1億歐元用于核廢料的處理。
甩不掉的“大尾巴”
那些核電技術發達的國家，他們一邊享受著核電帶來的便利，一邊苦惱于因核廢料而來的麻煩。美國當地時間3月22日，華盛頓州漢福德核禁區至少6個裝有核廢料的地下存儲罐發生放射性和有毒廢料泄漏。
美聯社評述，漢福德核禁區是美國核污染最嚴重的場所，場區的177個儲罐裝有2億升高放射性核廢料，這些儲罐早已超過20年的使用期，其中不少先前發生過泄漏，估計共泄漏378萬升放射性液體。
華盛頓州州長英斯利表示：“這次泄漏引發對漢福德場區全部149個裝著放射性液體和沉淀物單殼儲罐完整性的嚴重質疑。我認為，我們需要新體系清除這些陳舊儲罐中的廢料。”
美國政府如今每年需要花費20億美元清理該場區，這個數字占全美全部核清理預算總額的1/3。而要在該場區建設新的核廢料處理工廠，預計耗資將超過123億美元，至少到2019年才能投入使用。
英國《獨立報》在3月份稱，英國政府剛批準了法國電力公司在薩默塞特興建核電廠的計劃。然而，在英國能源大臣戴維對新核電廠能提供全英7%的電力需求表示憧憬的同時，也不得不面對國內對于核廢料可靠處理方案的質疑。
七大解決方案
國際原子能機構對于核廢料的處理和處置要求很嚴，并要求各國遵照執行。安全和永久地處理核廢料是兩個必需的條件。其中最重要的條件是要安全，能夠永久地將核廢料封閉在一個“容器”里，并保證數萬年內不泄漏出放射性污染。要找到一種能夠在幾萬年內，都經受得住放射線輻射的物體，而這一直是科學家努力的方向。
美國《大眾科學》雜志列舉了針對核廢料處理的七大解決方案。
送入太空 宇宙中會產生放射性物質，是不是也可以充當地球核廢料的一個儲存倉庫呢？如果在太陽系游蕩或向太陽墜落，核廢料便很難對地球上的環境造成破壞。然而，如何將核廢料送入太空還是一個難題。因為，使用火箭承載這種方式有時會遭遇發射的失敗事故。
深度鉆孔 將核廢料埋入地下看起來是目前最佳的一種處理方式，但具體操作過程仍是爭論的焦點。深度鉆孔需要將作廢的核燃料棒包裹在密封的鋼結構中，而后埋入地下數英里深的地方。其優勢是可以在核反應堆就近地區進行鉆孔，縮短高放核廢料在處理前的運輸距離。
海床下儲存 海洋中大部分區域——海床都是由厚重的粘土構成，最適合吸收放射性衰變產物。然而，海床下儲存需要在水下鉆孔，有“墨西哥灣”漏油事故這一前車之鑒，貌似這種解決方案還要經受長時間的考驗才能付諸實施。此外，在海洋內處理核廢料的做法需要先修改國際協議。
埋入潛沒區 將核廢料埋入潛沒區（潛沒是指一個地板塊受力下降到另一板塊之下的過程）可以讓作廢的核燃料棒沿著地球構造板塊的“傳送帶”移動并最終進入地幔層。然而，埋入潛沒區這種處理方式也違背了一些國際條約。
冰凍處理 核廢料的溫度一般很高，將其裝入鎢球中投放到較為穩定的冰原上，鎢球會隨著周圍冰的融化向下移動，上方的融冰則又再次凝固。不過，冰原會發生移動，導致放射性物質會像冰山一樣在海洋中漂浮。
封入合成巖 將核廢料埋入地下需要考慮如何防止核廢料污染周圍的土壤和水。一種具有可能性的處理方式是將核廢料封入合成巖中。合成巖可以吸收清水反應堆和钚核裂變產生的特定廢物。它們是一種陶瓷制品，能夠將核廢料封入晶格內，用以模擬在地質構造上較為穩定的礦石。
使用液壓籠 一旦滲入地下水，地下核廢料儲存設施將變得尤為危險。如果在核廢料周圍建造一個類似三維深溝的水籠，地下水便不會滲入放射性物質。未來的核廢料處理裝置應該做到防泄漏，而液壓籠的作用則是防止地下水污染的情況發生。
先鋒嘗試：細菌
無論如何，傳統的核廢料深埋處理辦法只是“治標不治本”。隨著核電的不斷發展，終有一天再難找到合適儲存地點。
美國密歇根大學的研究人員發現一種名為硫還原地桿菌（Geobactersulfurreducens）的細菌，可以通過對附作物的侵食來清除多種毒素、油污，甚至是核廢料。
這基于在細菌表面的一種類似毛發的依附物，即菌毛（pilus）。這種細菌通過菌毛將電子傳遞到其取食的物質上，經由傳導電子，便能從其中獲得能量，并改變其食用廢料的離子態，使其從水中沉淀出來。生長在核廢料旁的菌落可以從其中提取出鈾來，從而可以更加方便和快捷地處理核廢料。
通過實驗發現，在有害化學物質越多的環境中，硫還原地桿菌會生成越多的菌毛，這可以更好地將鈾等有毒物質排斥在其分子膜以外。利用該菌種的特性，還可以將其改裝制造成一種生物電池。
在未來，這或許將成為安全處理核廢料及有毒垃圾的最佳方法。
鏈接
乏燃料≠核廢料
核廢料（nuclearwastematerial）泛指在核燃料生產、加工過程中產生的，以及核反應堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料。
核廢料按物理狀態，可分為固體、液體和氣體3種；按比活度又可分為高水平（高放）、中水平（中放）和低水平（低放）3種。中低水平核廢料主要來自核電站在發電過程中產生的具有放射性的廢液、廢物，占到了所有核廢料的99%；高放核廢料因為其具有高度放射性，俗稱為高放廢料。
核廢料的特征是：放射性；射線危害；熱能釋放。
按照國際原子能機構的規定，對已產生的核廢料分類收集，分別貯存和處理。盡量減少容積以節約運輸、貯存和處理的費用。核廢料最好以穩定的固化體形式貯存，以減少放射性核素遷移擴散。
乏燃料（spentnuclearfuel）并不等于核廢料，其中含有許多有用的物質，如沒有“燒凈”的鈾235，以及新生的俘獲產物和裂變產物等。在俘獲產物中，有钚的各種同位素；在裂變產物中，有鍶、銫、锝、钷等，都是可利用的同位素。此外還有大量的鈾238等。
   

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