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核废料究竟该如何处理?首先肯定不能倒入大海,我国是这样做的!

2024-02-17科技

时下,国内核电建设如火如荼。你是否想过, 每年产生的核废料,它们又到哪里去了?

放射性不同于其他,无论是「有用」还是「无用」阶段,对人来说都具有危害性。因此即便是核电站用过的废料,也需要 妥善储存 才行。

你知道国内的核废料葬身之所在哪里吗? 你知道这背后的一切又是怎样运转的吗?

今天,我们就来看看这特殊而又神秘的地方,看看背后为核废料储存而默默付出的那群人。

放射性核废料「掘墓人」

20年前,王驹经常奔赴西北的戈壁荒漠。20年后,已近花甲的王驹,依然在那个叫北山的地方忙碌。 如果将时间拉回到更到的30年前,年轻的王驹却因为一次会议而改变了自己的职业走向。

那是上世纪90年代初, 我国的核电事业刚刚起步。 相比于去思考如何储存核废料,大量核专业领域的人才,关注点也都还是其他领域。

王驹早年的专业,学的就是 开采铀矿 。当初他去日本参加了一场国际地质大会,没有发现铀矿的最新科研成果,却发现国外关注的重点, 都是如何储存核废料,或者叫高放射性废物。

核工业领域的本质就是放射性,与核能有关的物质都具备放射性。像在核电领域,其中产生的放射性废物,九成多都属于中低放射性, 就是说储存几十年,它的放射性就会衰变到无害水平。

但也有至少1%的放射性废物,属于 高放射性,储存几十年根本不影响它自身的特性。 这种物质如果随意处置,肯定会对环境带来严重影响。

在国际上,普遍的做法是将其存放到一个妥当的地方,将其「封印」起来,而且期限最低也要达到万年以上。如果有必要的话, 就将其存放几十万年。 唯有如此, 它的放射性才不会对环境和人类构成影响。

那次会议之后,王驹的职业方向彻底发生了改变。如果说过去找铀矿,属于核能和放射性的「新生」。为高放射性废物寻找葬身之所, 就等于在给放射性寻找「墓地」。

只是这墓地相当特殊,普通的埋葬根本封印不住它身上的能量。国际上普遍的做法是,将高放射性废物二次处理后,再将其埋葬在至少深500米的地下, 最深要达到1000米以下。

而且,埋葬地不是随便选址的,整个地区的地质条件需要相当稳定, 不能有频繁的地震活动。 只有这样,才能确保封印的安全性。

就这样,王驹从上世纪90年代开始,正式开启了找「墓地」的生涯。那个时候他并没有想到,时间一过就会是30多年, 他也真正成了放射性核废料的掘墓人。

深埋地下560米的储存点

我国第一座核电站,是在上世纪90年代投入运营的秦山核电站,此后经过十几年的发展,国内核电站的装机量到2002年已达到了540万千瓦。

在那十几年的发展中,核电领域产生的核废料也在逐年增加。到2003年统计的数据显示, 每年产生的高放射性废料有150吨 。 当时的预估时, 到2010年这些废料的积存量将超过1000吨 。

与此同时,彼时的王驹对于核废料储存的研究也持续了十多年。选址地点需要经过综合性的慎重考虑, 从地质到气象再到水文条件, 每项因素都要充分考虑到。而这一切还有一个最关键的前提,地点一定要在人烟稀少的地区。

正因为如此,多年来,王驹一趟趟的向西北大漠戈壁里奔赴。2003年时,北山那个地方还只是候选点之一。

北山位于甘肃,那里是一片面积相当于海南省的戈壁滩,整个地区的人口加起来, 在2003年前后还不到1.2万人。人烟稀少,且当地没有任何可开发的矿产资源,人类活动相当有限。

从经济发展的角度看,作为核废料的墓地是相当合适的。自然气象条件领域,北山的地下是花岗岩地质, 地壳运动相当稳定,而且花岗岩又能很好的隔绝辐射。 此前,国际原子能机构等众多专家,也都先后到北山考察过,认为这里是核废料最理想的埋葬之所。

在气候条件方面,北山地区的 年降雨量只有70毫米 , 蒸发量却达到了惊人的3000毫米 。 如此大的蒸发量,说明当地的地下水位很低,这样就不用担心,放射性元素会随着地下水扩散了。

值得一提的是,北山虽然荒无人烟,但这里的交通还算便利。选址点距离铁路线 只有七八十公里, 对于运输核废料也相当有利。

当年选址北山,王驹还不到40岁,如今20年过去了,王驹马上就要60岁了。当年,他是我国高放射性核废料处理负责人,如今他是这一领域的首席专家。

时至今日,王驹带领他的团队,还在北山的戈壁滩深处忙碌。在地下560米深处,核废料的「墓地」正在建,这是一个极其庞大的地下场所。王驹它们要确保, 核废料安全封印要达到几万年乃至10万年以上 。

将核废料埋葬需要分几步

王驹早年接受采访,曾经谈起过核废料储存的步骤。核能领域产生的废料,在处理过程中有严格的步骤,为的就是确保绝对安全。

第一步,所有核废料在被集中处理后会 将其固化成玻璃态。 第二步,固化的废料会被装入能够屏蔽辐射的特殊金属罐中。第三步,再将这些 金属罐储放在地下的存放点 。经过三步走,核废料的埋葬才算是完成了。

即便如此,人们对于安全性还是有一定的顾虑。对此,早年学的是找铀矿的王驹,做了一个详细的对比。

天然的铀矿埋藏很浅,而且所在地的 地下多断层,地质条件很不稳定。 但只要不去开采它,这些高放射性的物质并不会对地表产生任何影响。

而核废料的存放点,地质条件稳定,而且深度也远超天然铀矿的深度。除此之外,存放点的周围还有防辐射的工程屏蔽。

试想一下,隔离条件不好的天然铀矿都不会对环境产生影响,专门建设的核废料墓地,其安全性是绝对要超过天然的铀矿床的。

20多年的选址过程中,王驹他们在戈壁深处钻探的 深井超过了100口 , 钻探产生的岩芯连接起来, 足足有60公里长 。

北山最终能成为选址点,是因为地下有一块岩体是连成片的, 它的体积有北京城的二分之一大。 这么一块超大的石头,意味着它周身几乎没有裂隙。

虽然这是一处理想的核废料墓地,但王驹也知道,接下来留给他们的 建设时间并不多。

2030年到2040年建成

核废料库还没有彻底建成之前,核电站产生的所有放射性核废料,都被存放在特殊的硼水池里。这种存放只能算是临时的处置, 如果不能在规定的时间内建成核废料墓地,核废料就会面临无处存放的局面。

美国的核电工业发展较早,而在核废料的储存上此前是吃过亏的。美国原计划在上世纪90年代末,就要建成核废料处置仓库,但是 由于技术难度和投入都过高, 预计的时间一再推迟,从1998年推迟到了2010年。

推迟的结果就是,导致 美国40多个核电站的存放核废料的水池爆满, 巨大的经济损失,让那些核电站企业主都把能源部告上了法庭。

巨大的工程是相当耗费人力和财力的。美国尤卡山核废料处置库的建设, 早年的预算高达437亿 美元。 王驹此前曾表示,我国核废料处置库建设,至少也要花费数百亿元。

根据此前的计划,2030年到2040年期间,北山的建设就将完成,目前正在紧锣密鼓的建设中。在王驹看来,时间还是相当紧迫的。

除了选择一个地质稳定地区,将核废料深埋地下外,多年来围绕如何处置核废料,科学家还想过别的方式。

处理核废料的八种方法

一种方法是 将核废料送入到太空深处 。宇宙空间原本就充满了放射性物质,在一些人看来,人类将仅有的一点放射性物质, 送入太空也不是不行。

虽然这个办法一劳永逸,但是将核废料送上天却是一个难题。对于发射用的火箭技术来说, 必须得保证百分百安全, 因为一旦发生事故,人类就承担不起。

第二种办法是 深度钻孔处理 。这种深度是超高深度,将核废料包裹在防屏蔽的金属中,进而深埋到地下。和现在选择处置库不同的是,深度钻孔不特意去寻找地点,而是在核电站附近就近埋葬。因为这样处理的话,可以省去运输核废料的步骤。

第三种办法是 海底储存 ,海底有厚重的粘土,它能够很好的吸收放射性衰变物质,相对于埋藏在陆地的地下,安全性更有保障。

但是, 海底钻探技术相比陆地要难, 而且一旦发生意外的话,同样无法挽回。而且,未来如果真要海底存放,还得修改此前的国际协议。

第四种办法是将 核废料埋入潜设区 。所谓的潜设区,是指板块构造运动的地区,这些地区因为受力会不断下降,如果将核废料放置到这些区域,不断的下降过程就会将其传送到地球深处。

第五种办法是 冰封 。将核废料放置在荒凉的冰原,因为核废料自身的高温,会融冰不断下沉。而上面的冰层因为温度下降又会冷却凝固,这样就能将核废料封冻起来。但是,这种办法能否隔绝辐射就不得而知了。

第六种办法是 封印到人工合成的岩体中 。这类岩体是人工制成,合成之后依然需要深埋入地下,这样相当于模拟出铀矿在地下的埋藏的场景。不过就工程量来看,耗资也是巨大的。

第七种办法是 关注核废料深埋后对地下水的污染 。把核废料包裹在地下一个封闭的水笼里,这样可以保证地下水被污染。

第八种办法是 生物处理 。科学家此前发现了一种硫还原地杆菌,它能吞噬油污甚至是核废料。这种细菌能够改变核废料的离子态,可以方便的处理核废料。或许在未来,这将是处理核废料的方式。

结语

在王驹他们看来,处理核废料是为子孙后代负责。团队里的很多人,在北山都工作了20年以上,每个人负责的工作都不同,但是他们的任务,都是为了确保核废料在未来存放的安全。

现在,北山的地下还在建设一个实验室, 投资超过了27亿元, 2028年前后将会建成。这一实验室在未来,是为核废料的储存提供实验平台和支撑的。

王驹的工作已经持续了30年,未来在这一领域,还会有无数个王驹涌现。因为,这是真正的万年工程。

参考资料:

【中国故事|为高放射性废物寻找最终归宿】 新华社 2024年1月18日

【永埋地下的「恶魔」--中国核废料该放在哪里?】 人民网 2003年4月24日

【如何安全处理核废料】 中国能源报 2013年4月22日