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核廢料究竟該如何處理?首先肯定不能倒入大海,中國是這樣做的!

2024-02-17科技

時下,國內核電建設如火如荼。你是否想過, 每年產生的核廢料,它們又到哪裏去了?

放射性不同於其他,無論是「有用」還是「無用」階段,對人來說都具有危害性。因此即便是核電廠用過的廢料,也需要 妥善儲存 才行。

你知道國內的核廢料葬身之所在哪裏嗎? 你知道這背後的一切又是怎樣運轉的嗎?

今天,我們就來看看這特殊而又神秘的地方,看看背後為核廢料儲存而默默付出的那群人。

放射性核廢料「掘墓人」

20年前,王駒經常奔赴西北的戈壁荒漠。20年後,已近花甲的王駒,依然在那個叫北山的地方忙碌。 如果將時間拉回到更到的30年前,年輕的王駒卻因為一次會議而改變了自己的職業走向。

那是上世紀90年代初, 中國的核電事業剛剛起步。 相比於去思考如何儲存核廢料,大量核專業領域的人才,關註點也都還是其他領域。

王駒早年的專業,學的就是 開采鈾礦 。當初他去日本參加了一場國際地質大會,沒有發現鈾礦的最新科研成果,卻發現國外關註的重點, 都是如何儲存核廢料,或者叫高放射性廢物。

核工業領域的本質就是放射性,與核能有關的物質都具備放射性。像在核電領域,其中產生的放射性廢物,九成多都屬於中低放射性, 就是說儲存幾十年,它的放射性就會衰變到無害水平。

但也有至少1%的放射性廢物,屬於 高放射性,儲存幾十年根本不影響它自身的特性。 這種物質如果隨意處置,肯定會對環境帶來嚴重影響。

在國際上,普遍的做法是將其存放到一個妥當的地方,將其「封印」起來,而且期限最低也要達到萬年以上。如果有必要的話, 就將其存放幾十萬年。 唯有如此, 它的放射性才不會對環境和人類構成影響。

那次會議之後,王駒的職業方向徹底發生了改變。如果說過去找鈾礦,屬於核能和放射性的「新生」。為高放射性廢物尋找葬身之所, 就等於在給放射性尋找「墓地」。

只是這墓地相當特殊,普通的埋葬根本封印不住它身上的能量。國際上普遍的做法是,將高放射性廢物二次處理後,再將其埋葬在至少深500米的地下, 最深要達到1000米以下。

而且,埋葬地不是隨便選址的,整個地區的地質條件需要相當穩定, 不能有頻繁的地震活動。 只有這樣,才能確保封印的安全性。

就這樣,王駒從上世紀90年代開始,正式開啟了找「墓地」的生涯。那個時候他並沒有想到,時間一過就會是30多年, 他也真正成了放射性核廢料的掘墓人。

深埋地下560米的儲存點

中國第一座核電廠,是在上世紀90年代投入營運的秦山核電廠,此後經過十幾年的發展,國內核電廠的裝機量到2002年已達到了540萬千瓦。

在那十幾年的發展中,核電領域產生的核廢料也在逐年增加。到2003年統計的數據顯示, 每年產生的高放射性廢料有150噸 。 當時的預估時, 到2010年這些廢料的積存量將超過1000噸 。

與此同時,彼時的王駒對於核廢料儲存的研究也持續了十多年。選址地點需要經過綜合性的慎重考慮, 從地質到氣象再到水文條件, 每項因素都要充分考慮到。而這一切還有一個最關鍵的前提,地點一定要在人煙稀少的地區。

正因為如此,多年來,王駒一趟趟的向西北大漠戈壁裏奔赴。2003年時,北山那個地方還只是候選點之一。

北山位於甘肅,那裏是一片面積相當於海南省的戈壁灘,整個地區的人口加起來, 在2003年前後還不到1.2萬人。人煙稀少,且當地沒有任何可開發的礦產資源,人類活動相當有限。

從經濟發展的角度看,作為核廢料的墓地是相當合適的。自然氣象條件領域,北山的地下是花崗巖地質, 地殼運動相當穩定,而且花崗巖又能很好的隔絕輻射。 此前,國際原子能總署等眾多專家,也都先後到北山考察過,認為這裏是核廢料最理想的埋葬之所。

在氣候條件方面,北山地區的 年降雨量只有70毫米 , 蒸發量卻達到了驚人的3000毫米 。 如此大的蒸發量,說明當地的地下水位很低,這樣就不用擔心,放射性元素會隨著地下水擴散了。

值得一提的是,北山雖然荒無人煙,但這裏的交通還算便利。選址點距離鐵路線 只有七八十公裏, 對於運輸核廢料也相當有利。

當年選址北山,王駒還不到40歲,如今20年過去了,王駒馬上就要60歲了。當年,他是中國高放射性核廢料處理負責人,如今他是這一領域的首席專家。

時至今日,王駒帶領他的團隊,還在北山的戈壁灘深處忙碌。在地下560米深處,核廢料的「墓地」正在建,這是一個極其龐大的地下場所。王駒它們要確保, 核廢料安全封印要達到幾萬年乃至10萬年以上 。

將核廢料埋葬需要分幾步

王駒早年接受采訪,曾經談起過核廢料儲存的步驟。核能領域產生的廢料,在處理過程中有嚴格的步驟,為的就是確保絕對安全。

第一步,所有核廢料在被集中處理後會 將其固化成玻璃態。 第二步,固化的廢料會被裝入能夠遮蔽輻射的特殊金屬罐中。第三步,再將這些 金屬罐儲放在地下的存放點 。經過三步走,核廢料的埋葬才算是完成了。

即便如此,人們對於安全性還是有一定的顧慮。對此,早年學的是找鈾礦的王駒,做了一個詳細的對比。

天然的鈾礦埋藏很淺,而且所在地的 地下多斷層,地質條件很不穩定。 但只要不去開采它,這些高放射性的物質並不會對地表產生任何影響。

而核廢料的存放點,地質條件穩定,而且深度也遠超天然鈾礦的深度。除此之外,存放點的周圍還有防輻射的工程遮蔽。

試想一下,隔離條件不好的天然鈾礦都不會對環境產生影響,專門建設的核廢料墓地,其安全性是絕對要超過天然的鈾礦床的。

20多年的選址過程中,王駒他們在戈壁深處鉆探的 深井超過了100口 , 鉆探產生的巖芯連線起來, 足足有60公裏長 。

北山最終能成為選址點,是因為地下有一塊巖體是連成片的, 它的體積有北京城的二分之一大。 這麽一塊超大的石頭,意味著它周身幾乎沒有裂隙。

雖然這是一處理想的核廢料墓地,但王駒也知道,接下來留給他們的 建設時間並不多。

2030年到2040年建成

核廢料庫還沒有徹底建成之前,核電廠產生的所有放射性核廢料,都被存放在特殊的硼水池裏。這種存放只能算是臨時的處置, 如果不能在規定的時間內建成核廢料墓地,核廢料就會面臨無處存放的局面。

美國的核電工業發展較早,而在核廢料的儲存上此前是吃過虧的。美國原計劃在上世紀90年代末,就要建成核廢料處置倉庫,但是 由於技術難度和投入都過高, 預計的時間一再推遲,從1998年推遲到了2010年。

推遲的結果就是,導致 美國40多個核電廠的存放核廢料的水池爆滿, 巨大的經濟損失,讓那些核電廠企業主都把能源部告上了法庭。

巨大的工程是相當耗費人力和財力的。美國尤卡山核廢料處置庫的建設, 早年的預算高達437億 美元。 王駒此前曾表示,中國核廢料處置庫建設,至少也要花費數百億元。

根據此前的計劃,2030年到2040年期間,北山的建設就將完成,目前正在緊鑼密鼓的建設中。在王駒看來,時間還是相當緊迫的。

除了選擇一個地質穩定地區,將核廢料深埋地下外,多年來圍繞如何處置核廢料,科學家還想過別的方式。

處理核廢料的八種方法

一種方法是 將核廢料送入到太空深處 。宇宙空間原本就充滿了放射性物質,在一些人看來,人類將僅有的一點放射性物質, 送入太空也不是不行。

雖然這個辦法一勞永逸,但是將核廢料送上天卻是一個難題。對於發射用的火箭技術來說, 必須得保證百分百安全, 因為一旦發生事故,人類就承擔不起。

第二種辦法是 深度鉆孔處理 。這種深度是超高深度,將核廢料包裹在防遮蔽的金屬中,進而深埋到地下。和現在選擇處置庫不同的是,深度鉆孔不特意去尋找地點,而是在核電廠附近就近埋葬。因為這樣處理的話,可以省去運輸核廢料的步驟。

第三種辦法是 海底儲存 ,海底有厚重的粘土,它能夠很好的吸收放射性衰變物質,相對於埋藏在陸地的地下,安全性更有保障。

但是, 海底鉆探技術相比陸地要難, 而且一旦發生意外的話,同樣無法挽回。而且,未來如果真要海底存放,還得修改此前的國際協定。

第四種辦法是將 核廢料埋入潛設區 。所謂的潛設區,是指板塊構造運動的地區,這些地區因為受力會不斷下降,如果將核廢料放置到這些區域,不斷的下降過程就會將其傳送到地球深處。

第五種辦法是 冰封 。將核廢料放置在荒涼的冰原,因為核廢料自身的高溫,會融冰不斷下沈。而上面的冰層因為溫度下降又會冷卻凝固,這樣就能將核廢料封凍起來。但是,這種辦法能否隔絕輻射就不得而知了。

第六種辦法是 封印到人工合成的巖體中 。這類巖體是人工制成,合成之後依然需要深埋入地下,這樣相當於模擬出鈾礦在地下的埋藏的場景。不過就工程量來看,耗資也是巨大的。

第七種辦法是 關註核廢料深埋後對地下水的汙染 。把核廢料包裹在地下一個封閉的水籠裏,這樣可以保證地下水被汙染。

第八種辦法是 生物處理 。科學家此前發現了一種硫還原地桿菌,它能吞噬油汙甚至是核廢料。這種細菌能夠改變核廢料的離子態,可以方便的處理核廢料。或許在未來,這將是處理核廢料的方式。

結語

在王駒他們看來,處理核廢料是為子孫後代負責。團隊裏的很多人,在北山都工作了20年以上,每個人負責的工作都不同,但是他們的任務,都是為了確保核廢料在未來存放的安全。

現在,北山的地下還在建設一個實驗室, 投資超過了27億元, 2028年前後將會建成。這一實驗室在未來,是為核廢料的儲存提供實驗平台和支撐的。

王駒的工作已經持續了30年,未來在這一領域,還會有無數個王駒湧現。因為,這是真正的萬年工程。

參考資料:

【中國故事|為高放射性廢物尋找最終歸宿】 新華社 2024年1月18日

【永埋地下的「惡魔」--中國核廢料該放在哪裏?】 人民網 2003年4月24日

【如何安全處理核廢料】 中國能源報 2013年4月22日