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我们应该如何处理放射性核废料?

2019-08-01 18:02    切尔诺贝利  核电站

  几年前,我在普里皮亚特(Pripyat)的一所小学的地板上发现了这个小镇,这个小镇是为现在乌克兰的切尔诺贝利核电站的工人建造的。  也许它曾经是一个孩子在一个州的场合挥手,或者是在1986年4月世界上最严重的核灾难之后急于撤离普里皮亚季。  距离不到两英里的地方,受灾的摇摇欲坠的反应堆4是地球上最危险的地方之一。数英里的所有东西,从树林里的蘑菇到停在停车场的卡车,到托儿所和医院病床上的玩具,都在某种程度上具有放射性。  ...


  几年前,我在普里皮亚特(Pripyat)的一所小学的地板上发现了这个小镇,这个小镇是为现在乌克兰的切尔诺贝利核电站的工人建造的。

  也许它曾经是一个孩子在一个州的场合挥手,或者是在1986年4月世界上最严重的核灾难之后急于撤离普里皮亚季。

  距离不到两英里的地方,受灾的摇摇欲坠的反应堆4是地球上最危险的地方之一。数英里的所有东西,从树林里的蘑菇到停在停车场的卡车,到托儿所和医院病床上的玩具,都在某种程度上具有放射性。

  尽管剂量计显示在冲洗后,小旗子的放射性几乎比自然界中发现的正常背景水平更高,但它应该被打包并填埋为低水平的核废料。

  相比之下,切尔诺贝利的反应堆4场地将在数万年内保持危险。爆炸发生33年后的2019年7月,200公吨的铀,钚,液体燃料和辐射尘埃最终被封装在比自由女神像更高的15亿欧元(13.5亿英镑)钢结构中。新的石棺将持续大约100年 - 之后它将恶化,后代将不得不决定如何永久拆除和储存它。

  于2019年1月16日前往德克萨斯州卡梅伦。这对加利福尼亚创业科技公司Deep Isolation的联合创始人Liz Muller 和她的父亲,加州大学伯克利分校物理荣誉教授Richard Muller来说是一个令人痛苦的日子。现在担任Deep Isolation的首席技术官。

  父女团队邀请了40位核科学家,美国能源部官员,石油和天然气专业人士以及环保主义者,目睹了第一次尝试测试最新的油压技术是否可用于永久处置最危险的核废料。

  上午11点30分,石油工人的工作人员用一根钢丝绳将一根80厘米长,20厘米宽,64公斤的罐子 - 用钢而不是放射性废物 - 放下一个先前钻过的钻孔。然后,使用工业发明的一种称为“拖拉机”的工具水平进入英里深的油藏,他们将它推离钻孔120米远的岩石。

  五个小时后,机组人员使用拖拉机重新安置并收集罐子,将其连接到电缆上并将其拉回到地面 - 工人的欢呼声。在那之前,核工业中很少有人相信这可以做到。

  通过避免挖掘大型,昂贵的隧道来存储地下垃圾的需求,Deep Isolation团队相信它已经找到解决世界上最棘手的环境问题之一 - 如何永久处理并可能获取数十万吨核废料目前储存在世界各地的核电厂和研究和军事站。

  “我们表明它可以完成,”伊丽莎白穆勒说。“水平定向钻井最近已经走过了漫长的道路。现在这是一种现成的技术。使用较大的罐,我们认为大约300个钻孔,长达2英里的隧道将能够占用美国的大部分高级核废料。我们认为我们可以将永久存储成本降低三分之二。“

  “我们正在使用一种在过去20年里变得便宜的技术,”曾在页岩气行业工作的理查德穆勒说。“我们意识到我们可以整合石油和核技术。一个为另一个提供了解决方案。这些胶囊可以向下深处下降,比任何人提出的都要深,并储存在十亿吨岩石下,因此没有辐射出来。“

  很棒的库存

  如何管理核废料的困境 - 在核电生产的每个阶段,从铀开采和浓缩到反应堆运行以及乏燃料后处理,都经常大量生产放射性物质 - 几十年来一直对行业,学术界和政府征税。

  除了事故之外,尽管人们对核能作为有助于缓解气候变化的低碳能源的地位感兴趣,但这仍然是公众持续反对该行业进一步扩张的一个主要原因。

  在80多年的核电中,已经建造了450多个商业反应堆,许多实验站和数以万计的核弹头,积累了大量不同程度的废物。

  根据世界核协会(WNA)的数据,根据国家对废物进行分类的方式,只有约0.2-3%的废物是高放废物,这是一个促进核电的伦敦工业集团。

  这大部分来自民用反应堆燃料,这是地球上已知的一些最危险的物质,几十万年来一直保持放射性。它需要无限制地冷却和屏蔽,并且含有与核能发电有关的95%的放射性。

  另外7%左右的体积称为中间废物,由反应堆组分和来自反应堆堆芯的石墨等物质组成。这也是非常危险的,但它可以存储在特殊的罐中,因为它不会产生太多热量。

  其余部分由大量所谓的低水平和极低水平的废物组成。这包括废金属,纸张,塑料,建筑材料以及参与核设施运行和拆除的所有其他放射性物质。

  大家普遍认为,在西方14个国家,约有22,000立方米的固体高放废物在临时储存中积累但未被处置(转移到永久储存),中国,俄罗斯和军用站的数量不明。

  还储存了460,000立方米的中间废物,以及约350万立方米的低放废物。WNA表示,每年通过运行民用反应堆产生约34,000立方米的新高放废物和中间废物。

  根据美国政府问责局的数据,美国拥有59座核电站,其中包括97座工作的民用反应堆,每年每年产生至少几吨高放废物,其中有大约9万吨高放废物等待永久处置。

  虽然由于测量和报告数量的差异以及一些库存保密而无法提出全球总量,但其他国家也存在大量废物。

  很多想法

  在核电初期,几乎没有考虑任何形式的浪费。除其他外,英国,美国和俄罗斯当局在海上或河流中倾倒核废料 - 包括超过15万吨的低放废物。从那时起,数十亿人一直在努力确定如何最好地减少产生的数量,然后将其存储在永恒的时间。

  许多想法已被调查,但大多数被拒绝为不切实际,太昂贵或生态上不可接受。它们包括:将它射入太空 ; 在合成岩石中隔离它 ; 把它埋在冰盖里 ; 将它倾倒在世界上最孤立的岛屿上 ; 并把它扔到世界上最深的海洋战壕的底部。

  还提出了深达5000米的垂直钻孔,一些科学家认为这种选择很有前途。但是有人怀疑,因为从垂直钻孔中回收废物几乎是不可能的。

  两项科学发展令核科学家兴奋不已。一个是建造新一代先进的快中子反应堆,它将使用高放废物作为燃料。这个缓慢出现的“第四代”核电计划被业界称为更安全,更高效。但即使这些反应堆能够降低废物造成的危害程度,它们也无法完全解决问题。

  “这些新反应堆仍然需要一个废物处理库,可能与当前常规反应堆产生的废物存储库一样大,”乔治华盛顿大学国际科学与技术政策研究所所长Allison MacFarlane表示。 2012 - 14年美国核监管委员会主席。

  另一种可以减少浪费的技术,即嬗变,旨在通过使用激光改变危险废物的成分来减少放射性毒性。它已经在英国,美国,瑞典和其他地方进行了数十年的调查,但没有取得很大的成功。

  但是这个想法在2018年12月得到了法国诺贝尔奖得主物理学家杰拉德·穆鲁的启发,他在接受演讲时表示激光束比太阳表面亮几百万倍,爆发百万分之十亿分之一秒。有可能中和核废料,将其半衰期缩短到几年,放射性很小。

  “核能可能是未来的最佳候选者,但我们仍然留下了许多危险的垃圾。这个想法是将这种核废料转化为没有放射性问题的新形式的原子。你要做的就是改变原子核的构成,“他在讲座中说。

  但Mourou承认,可能需要数十年时间才能采用这种“极轻”解决方案来销毁工业规模的核废料。

  '没有可靠的方法'

  经过几十年的民用核能和数十亿用于研究不同地质场所和最佳处理废物的方法,问题既是技术问题又是政治问题,政府和工业界的共识是深层埋葬是最好的解决方案 - 至少对于时刻。

  然而,到目前为止,还没有一个国家能够建立一个深层高级垃圾处理库。

  “虽然几乎每个核国家原则上都计划最终埋葬最放射性废物,但只有少数几个国家取得了任何进展,世界上没有任何地方经营一个授权的地点,用于最高放射性的深层地质处置。浪费,“核电力遗产的作者,放射性废物管理委员会的前成员安德鲁·鲍威斯说,他建立了英国政府关于如何以及在何处储存核废料的建议。

  “目前没有任何选择能够证明废物将在数十年到数十万年之间与环境隔离。没有可靠的方法来警告后代关于核废料堆的存在,“他说。

  “核遗产延伸到遥远的未来; 它会对环境和人类健康构成威胁,这段时间远远超出我们的理解范围。放射性废物是该行业的致命弱点,“Blowers说。

  美国最接近一个深度存储库。新墨西哥州的废物隔离试验工厂是一个655米深的综合设施,用于处理“超铀”废物,或长寿命的中间废物,主要来自军事炸弹制造。

  然而,根据法律规定,所有美国高级核废料必须运往内华达州的尤卡山,自1987年以来,它一直是拉斯维加斯西北90英里处的指定深层地质处置库。

  但该网站遭遇了持续的法律,监管和宪法挑战,因为它被确定为潜在的合适存储库,因此成为一种政治性的溜溜球。它受到西肖肖尼人,内华达州和其他人的强烈反对。

  在尤卡山(Yucca Mountain)发掘了一条巨大的隧道,但从未获得许可证,该地点现在基本上被废弃了 - 令联邦政府和核工业感到沮丧,因为从消费者账单征税到已经筹集了超过410亿美元(340亿英镑)。支付储存库的费用,并且必须在其临时核废料储存地点支付高昂的安全费用。

  “我们需要一个高级别的存储库。我们现在在美国大约121个地点都在浪费,“核能研究所联邦计划主任贝克埃尔莫尔说。

  “这使纳税人每年花费800美元。我们有97个[核]工厂运营,废物量只会增长。我们不允许科学在这里发挥作用。政府的核废料基金有410亿美元,尤卡山的科学合理。我们想要一个决定。我们需要不止一个存储库。“

  他得到了美国能源部长里克佩里的支持。他在2017年6月的参议院听证会上表示,“我们有道德和国家安全义务,需要提出长期解决方案,找到最安全的资源库......我们再也无法将这些资源投入使用了。”

  痛苦地慢

  在大多数国家,政治和社区对计划的反对使得进展缓慢。在英国,政府向社区提供资金,但无法说服任何地方当局拥有永久的深层存储库。法国和德国的大规模抗议活动助长了绿党的政治崛起,无限期地延迟或停止了对拟议的储存库的工作。

  只有芬兰即将完成高级废物的深层存储。5月,工作开始在一个“封装”工厂,废物将被装在铜罐内,将被转移到400到450米深的地下隧道。但是对于罐的长期安全性存在疑问。

  “这个问题难以解决,” 核咨询集团创始人保罗多夫曼说,该集团由大约120名国际学者和辐射废物,核政策和环境风险领域的独立专家组成。

  “痛苦的现实是,没有科学证明的方法来处理高级和中级废物的存在问题。一些国家建立了存储库,有些国家计划存储库。

  “但鉴于巨大的技术不确定性,如果在未来几千年内进行处置并且地下出现任何问题,那么后代将面临严重的污染。”

  许多人现在怀疑是否会找到令人满意的最终存储库。

  “管理核遗产不仅仅是一个技术问题,而是一个社会问题,”Blowers说。

  “事实是,无论做出什么努力来埋葬和忘记它,它都不会消失。在可预见的未来,未来是[核电厂]已经就地安全可靠的存储。从长远来看,更好的选择可能会实现。

  “考虑到所涉及的时间尺度,没有必要赶时间。社会可以而且应该花时间处理其核遗产。”



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