核废料“10万年封印”探秘

核废料处理属于世界级难题。而在芬兰西海岸的奥尔基卢奥托岛，正在建造一个用来储存核废料的地下仓库。该仓库的设计考虑了地震甚至是未来冰河时代的潜在影响，可安全存放核废料10万年。此举或将成为其他国家效仿的模板。

核废料处理属于世界级难题

核废料泛指在核燃料生产、加工和核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料，也专指核反应堆用过的乏燃料。

核废料分为高放射性、中放射性、低放射性三类。

中低放射性核废料一般包括核电站的污染设备、检测设备、运行时的水化系统、交换树脂、废水废液和手套等劳保用品，对人及环境危害性较低；高放射性核废料则主要包括核燃料在发电后产生的乏燃料及其处理物，内含有多种对人体危害极大的高放射性元素，例如只需10毫克就能致人毙命的钚。

除危害性极大外，核废料中的这些高放射性元素还有半衰期（放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间）超长的特点，典型的例如铀-238（军用贫铀弹的主要材料），其半衰期长达44亿5千万年；钚-239，半衰期长达2.4万年；锝-99，半衰期长达21万年等。

另外，这些核废料还有强辐射剂量的特点。虽然核废料已无法再为核反应堆提供能量，但仍能释放高剂量放射性粒子，人员即使穿着重型防护服也存在一定风险，只能使用专用机械进行转移和运输，而且费用极高。

以一座发电功率100万千瓦的核电站为例，其一年可产生几十吨核废料，这些核废料加工处理后将产生4立方米高辐射核废料、20立方米中辐射核废料、140立方米低辐射核废料。

这些核废料都暂存在核电厂自建的硼水池中，硼水可吸收核废料产生的大部分能量（例如大量中子）。每个硼水池足以储存核电站10年运行所产生的高放射性核废料。之后这些核废料将被转运到国家统一的放射性核废料处置库。

国际上对于高放射性核废料的处理方式，通常是不论固体核废料还是液体核废料，都要先进行玻璃固化处理，之后装入可屏蔽辐射的大型金属罐（通常为不锈钢制成）中，再深埋到400米或500米深的地下处置库中。

另一种备选方案是将装有核废料的金属罐投入选定海域4000米以下的海底，但由于潜在污染风险较大且受技术限制，目前除俄罗斯外，并未被他国所采用。

芬兰核废料站隐匿地下500米处

美、俄也未能解决“烫手山芋”

作为世界上最早建成人工可控核反应堆和试爆原子弹的国家，美国是目前世界上最大的核废料生产国，拥有8万多吨核废料。国内上百个核电站每年产生约2000吨核废料，其中高放射性核废料分布在全国39个州的131个暂存地点。

对于如此多的“烫手山芋”，美国能源部早在1983年就启动了建造第一个永久性核废料处置场的计划，地点位于内华达州拉斯韦加斯西北150公里、内华达核武器试验场附近的尤卡山。

截至2009年，美能源部已花费了约130亿美元在当地建造了一条8000米长、穿越整个山区的U形隧道，其中有些部分在地下300米深处，这条隧道还将包括几十条支线隧道。

按原计划，会由专业人员负责将运载有核废料的钢制容器的地下列车送入地下储存隧道，最多可储存10万吨核废料，在经过100年的运营后，将隧道永久封闭。

尽管有人质疑将该设施修建在靠近圣安德列斯断层附近，存在较大安全隐患，但设计人员在经过勘探后，确信尤卡山处在一个地质环境相对稳定的地区，即使在靠近地表的浅层发生强震，也不会对地下几百米深处产生影响。遗憾的是，这一工程因受到当地居民和政客强烈反对，先是于2009年推迟建设，最后于2012年被时任总统奥巴马下令撤销项目资助。

世界上第一座核电站由苏联于1954年6月建成，当时被称为人类和平利用核能的样板。苏联解体后，俄罗斯成为世界上第二大核废料生产国。1995年，时任俄罗斯总统叶利钦启动了一个为期10年的计划，用于研究长期处置核废料。

目前在位于北极圈内的俄罗斯北摩尔曼斯克州的科拉半岛的安德烈夫湾内，建有三座海底核废料储存库。这三座“海底核坟墓”分别于1982年和1983年开始投入使用，用于“临时存放”2.1万支废弃的高放射性核燃料棒。这些“核坟墓”距离挪威边境仅有45公里，而且均位于浅海地区，潜在安全风险较高。

苏联方面当时说，这些“核坟墓”只是“暂时的”，而且安全性很高。核储存库外的特殊混凝土墙壁“能抵御8级强震，甚至能抵御低当量的战术核弹直接命中”。不过，一家挪威环保组织却称储存库外部的混凝土墙壁出现了大小不等的裂缝，高腐蚀性的海水正在渗入储存库内，侵蚀着里面的核废料，释放出细小的铀粒子。而这些铀粒子可能引发连锁反应，或会给北欧乃至欧洲造成环境灾难。

10万年的“核封印”有待时间验证

鉴于目前尚未有国家建成永久性的核废料处置设施，世界将目光都集中到了北欧国家芬兰。

从地理环境上看，芬兰比较适合成为建造核废料处置设施的候选地，因为当地未发生过重大自然灾害，远离地震带、火山、台风区，有记录的最大地震还是发生在1898年，仅为4.7级，都未达到破坏性地震级别（5级以上）。

此外，芬兰还有使用核电的经验。世界核能协会的数据显示，芬兰目前拥有4座核反应堆，为其国内提供了近30%的电力。“奥尔基卢奥托岛核电站3项目”将成为其国内第五座核反应堆。芬兰能源公司-工业电力公司称，该核电站将于2018年年底开始正常发电，净发电量将达到1600兆瓦左右。

巧合的是，在位于其西海岸的奥尔基卢奥托岛上，芬兰核废料处理领域的“业界领头羊”波西瓦公司正在建造全球第一个地下永久性核废料储存库，建造工程名为“翁卡洛”，芬兰语意为“隐匿之地”。

这个储存库距离正在运行的2座核电站仅有不到3.2公里，在投入使用后，能较方便地直接将核废料运至“翁卡洛”内。该设施位于地下420多米，建成后将成为全球成本最高、储存时间最长的核废料储存库。

“翁卡洛”工程于2004年启动，2005年正式动工，目前“翁卡洛”工程已建成一条蜿蜒5公里的隧道和三座用于通风和人员进出的立井。按计划，最终的设施隧道长度将达32公里，最深处将达地下520米，一条盘旋的汽车隧道以及出入和通风井通往地下427米处。在那里，核废料将在32公里长的隧道里存放数千年甚至上万年。

由于背靠芬兰西部的花岗岩基岩（已存在18亿年），该设施的稳定性也能得到保障。地下温度和湿度都很低，这对于核废料的安全储存非常重要。另据悉，这个核废料储存库的设计考虑了地震甚至是未来冰河时代的潜在影响。核废料可在其中安全存放10万年。预计该设施将于2024年启用。此举或将成为其他国家效仿的模板。

如果一切顺利，在2024年的某一天，第一个密封铜罐将被下放到距离地面大约427米的侧翼隧道的一个垂直钻孔里。这种铜罐共有将近3000个，每个铜罐长达5.2米，包含大约两吨来自芬兰核电行业的反应堆乏燃料，乏燃料棒将先被装在铸铁中，再装入铜罐密封，然后运到地下储存起来。

每一个铜罐周围放置一层膨润土作为缓冲，防止周围岩石振动损坏罐体并防止水汽进入。当更多的铜罐被掩埋进去直至填满时，长达32公里的钻孔和隧道将被塞满黏土，最终被永久封存。

为了方便未来的人类子孙能够看懂或者理解这个设施的危险性，设计人员计划在设施内部标上很多警示卡通画，设施外部的警示雕塑会直观形象地表现核废料的危害性，防止未来人误入或打开该设施。

至于这些核废料究竟能否保存10万年，恐怕只有时间才能给出答案。

（《环球》2017年21期）