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为什么核废料很难处理与处置?

添加时间:2024-02-17

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这道题我会!

小新家的作者,剑桥教授罗伯特·麦克法伦在他的最新力作《深时之旅》中专门用一章的内容,探访了位于芬兰的核废料处置库,既是科普也谈人文,关于核废料的种种疑问都能找到相应的解答。

核废料处理标准_核废料算有害垃圾吗_核废料的危险吗

以下内容摘自《深时之旅》的“隐藏之地”章节,略有删节。

在芬兰西南部的奥尔基卢奥托岛的基岩深处,一座坟墓正在建造中。设计者希望这座坟墓不仅要比设计它的人更长寿,而且要比设计它的物种整体都更长寿。他们希望,这座坟墓在未来十万年内都不需要修缮维护,能够安然无恙地度过将来的冰河期。十万年前,撒哈拉中曾有三个大型河流系统。十万年前,解剖学意义上的现代人类才刚刚开始走出非洲。最古老的金字塔约有四千六百年的历史,现存最古老的教堂历史尚不足两千年。

这座芬兰坟墓有着有史以来最严格的封闭规程,它比法老墓穴安全,也比任何超严密监狱安全。除了地质原因外,任何外力都无法取出存放在这座坟墓里的东西。

这座坟墓是后人类建筑的一场实验,它叫“翁卡洛”(),芬兰语意思是“洞穴”或“隐藏之地”。将隐藏在翁卡洛的是高放射性核废料,它大概是人类制造的最黑暗的物质。

从核废料开始产生以来,我们一直未能找到妥善处理的方法。铀产生于约六十六亿年前的超新星爆炸,是构成地球的太空尘埃的一部分。铀在地壳中和锡、钨一样常见,分散在我们脚下的岩层中。我们最终学会了如何将铀转化为能量和武器,但这个过程较为缓慢且代价高昂,充满奇迹,也遍布伤害。我们知道如何用铀发电,也知道如何用铀制造死亡,但我们仍然不知道利用铀之后怎么才能最好地处理铀废料。据估计,目前全球仍有超过二十五万吨的高放射性核废料需要进行最终储存,此外,每年都会再增加约一万两千吨。

在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、哈萨克斯坦,铀都作为矿产被开采出来,或许格陵兰岛南部很快也将如此。矿石经过粉碎和碾磨,用酸浸出铀,转化为气体,再经浓缩和固结,最后被加工成铀芯块。一粒直径一厘米、长一厘米的浓缩铀芯块一般可释放出相当于一吨煤的能量。这些铀芯块被密封在通常由锆合金制成的发光的燃料棒中,成千上万根燃料棒捆绑在一起放置在反应堆芯中,裂变即从这里开始。裂变产生的热量用以生成蒸气,蒸气再被导入汽轮机,带动汽轮机叶片转动从而产生电力。

一旦裂变过程减缓,效率降到阈值之下,就必须更换燃料棒。但取出的乏燃料棒温度仍然很高,且带有致命的辐射。不稳定的铀氧化物继续放射出阿尔法和贝塔粒子,以及伽马波。如果你不加防护地站在一堆刚从反应堆堆芯取出来的乏燃料棒旁,放射性物质会侵入你的身体,破坏细胞,腐蚀 DNA。几小时内,你便会呕吐、大出血,继而死亡。

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因此,要用机器把乏燃料棒从反应堆中取出,这个过程要保证始终在水下或其他屏蔽液体中进行,送到深处的乏燃料池中储存数年后,再做回收处理或放入干式贮存桶。在乏燃料池里,水会慢慢吸收乏燃料棒上的粒子霰继而升温,因此乏燃料池里的水必须不断冷却和循环,以防水沸腾蒸发,令乏燃料棒失去屏蔽,造成灾难性后果。

即便在池中浸泡了几十年,乏燃料棒依然温度很高,且具有毒性和放射性。唯一能令它们对生物圈无害的方式,要借助长期的自然衰变。高放射性核废料的这个过程可能需要数万年,在这段时间里,乏燃料必须安全封存,与空气、阳光、水及生命体隔离开。

我们设计出的最好的废料隔离方法是掩埋,为处理它们而建造的坟墓被称作地质处置库,它们是人类的“马克西姆下水道”——最为宏大的下水道。作为核能及核武器生产副产品的轻度放射性物品,会放入中低等级的处置库。这些物品包括衣物、工具、过滤垫、拉链和纽扣等,它们的危害只会持续几十年。所有东西都会装入桶中,放进世界各地地下处置库的贮仓。每一层都用混凝土包裹,以随时放上新的。位于美国新墨西哥州盐矿床中的中级处置库——核废料隔离中间试验工厂(WIPP),预计将接收八十万个五十五加仑的军事超铀废料软钢桶,其中包括美国制造核弹头产生的放射性废料。核废料隔离中间试验工厂的储存室将恰好形成一个新的地层,成为岩石记录中一个高度组织化的部分留存至后世——这将是未来人类世化石的另一种类。

不过,最危险的废料——来自反应堆的兼具毒性和放射性的乏燃料棒——需要更加安全的掩埋,需要特殊的葬礼和坟墓。我们建造了一些这种高等级废料处置库。比利时建立了“哈迪斯”(HADES)试验基地,研究未来深层处置库的可能性。美国也曾尝试在内华达沙漠中,一座叫尤卡山的死火山上建造高等级核废料处置库,不过经过数十年的论战和抗议,这个计划已暂停,熔结凝灰岩中已挖好的洞穴如今空无一物。究其原因,尤卡山靠近圣丹斯断层—一个九百英尺宽的地震带,其下又是另一个断层,名为“鬼舞断层”。据约翰 · 德 · 阿加塔(John D’Agata)所述,“如果尤卡山处置库被装满,那么这里的放射性相当于两百万次核爆炸,大约七万亿剂量的致命辐射”,足以杀死地球上所有人类三百五十次以上。

目前为止,所有核废料深层处置设施中最先进的就是“隐藏之地”翁卡洛,它位于芬兰波的尼亚海岸有着十九亿年历史的岩石深处,距地面一千五百英尺。如果翁卡洛的储藏室装满来自奥尔基卢奥托三座核电站的废料,意味着有六千五百吨废铀储存在此。

……

麦克法伦在翁卡洛看到了什么?经历了什么?感悟到了什么?鉴于字数问题就不在这里再展开,感兴趣的话,欢迎翻开这本由麦克法伦教授一步步走出、一笔笔写就的未来人类备忘录。

除了翁卡洛,在麦克法伦教授这本从计划到写成耗时长达十年的力作中,他怀着对当下生存状态的敏锐觉知,以人文学者的广博、知识分子的担当亲赴田野,徒步行走数万公里,求证26种语言,跨越了69门学科。

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地理坐标上,他从英国出发,走过意大利、法国、斯洛文尼亚,一路迈向北极。我们由他带领着,去探访中石器时代藏骸所,去见识森林菌根网络,去地下寻找无星河的源头,去战时万人冢凭吊暴力的惨烈,去蓝色冰臼经历生死一线的险情,最终来到芬兰“翁卡洛”核废料处置库窥知人类的未来。

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