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核电新科技:如何安全处理核废料

2013-09-11 17:46
龙凰
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硫还原地杆菌

 

华盛顿州汉福德核禁区

         据《德国之声》报道,德国政府日前首次就在德境内寻找核废料终端储存地草案取得了共识,并将于年内进行表决。尽管自日本福岛核事故后,德国尚在运营的核电站已屈指可数,但柏林仍在为如何安全处理核废料而绞尽脑汁。

        根据该草案,将由来自政府和民间的24位代表组成专门委员会,在2015年底前考察哪些地点适合存放核废料,并于2031年最终敲定存放地点。目前,德国境内还有9座核电站,主要由瑞典瀑布能源公司、意昂能源公司等几家企业运营。核废料主要储存在下萨州的戈莱本,不过该地区如今已无法存放更多的核废料了。
德国多位政要均表示,该草案达成共识是一次重大突破,有利于为核废料储存地的选择确立科学标准。

        来自彭博社的消息称,德国的核电运营商们将不得不承担大约20亿欧元(约合26亿美元)的高昂代价来为核废料“埋单”。

        德国环境部长阿特麦尔4月10日公开表示:“根据规定,谁制造的废料就应该由谁负责。因此,处理这些核废料的费用最终将由核电运营商来支付。”

        核废料处理费用将主要用于运输和建设填埋场。尽管德国计划在2022年前关闭所有核反应堆,但迄今为止已经花费超过1亿欧元用于核废料的处理。

         甩不掉的“大尾巴”

        那些核电技术发达的国家,他们一边享受着核电带来的便利,一边苦恼于因核废料而来的麻烦。美国当地时间3月22日,华盛顿州汉福德核禁区至少6个装有核废料的地下存储罐发生放射性和有毒废料泄漏。

        美联社评述,汉福德核禁区是美国核污染最严重的场所,场区的177个储罐装有2亿升高放射性核废料,这些储罐早已超过20年的使用期,其中不少先前发生过泄漏,估计共泄漏378万升放射性液体。

        华盛顿州州长英斯利表示:“这次泄漏引发对汉福德场区全部149个装着放射性液体和沉淀物单壳储罐完整性的严重质疑。我认为,我们需要新体系清除这些陈旧储罐中的废料。”

        美国政府如今每年需要花费20亿美元清理该场区,这个数字占全美全部核清理预算总额的1/3。而要在该场区建设新的核废料处理工厂,预计耗资将超过123亿美元,至少到2019年才能投入使用。

       英国《独立报》在3月份称,英国政府刚批准了法国电力公司在萨默塞特兴建核电厂的计划。然而,在英国能源大臣戴维对新核电厂能提供全英7%的电力需求表示憧憬的同时,也不得不面对国内对于核废料可靠处理方案的质疑。

        七大解决方案

        国际原子能机构对于核废料的处理和处置要求很严,并要求各国遵照执行。安全和永久地处理核废料是两个必需的条件。其中最重要的条件是要安全,能够永久地将核废料封闭在一个“容器”里,并保证数万年内不泄漏出放射性污染。要找到一种能够在几万年内,都经受得住放射线辐射的物体,而这一直是科学家努力的方向。

        美国《大众科学》杂志列举了针对核废料处理的七大解决方案。

        送入太空 宇宙中会产生放射性物质,是不是也可以充当地球核废料的一个储存仓库呢?如果在太阳系游荡或向太阳坠落,核废料便很难对地球上的环境造成破坏。然而,如何将核废料送入太空还是一个难题。因为,使用火箭承载这种方式有时会遭遇发射的失败事故。

        深度钻孔 将核废料埋入地下看起来是目前最佳的一种处理方式,但具体操作过程仍是争论的焦点。深度钻孔需要将作废的核燃料棒包裹在密封的钢结构中,而后埋入地下数英里深的地方。其优势是可以在核反应堆就近地区进行钻孔,缩短高放核废料在处理前的运输距离。

      海床下储存 海洋中大部分区域——海床都是由厚重的粘土构成,最适合吸收放射性衰变产物。然而,海床下储存需要在水下钻孔,有“墨西哥湾”漏油事故这一前车之鉴,貌似这种解决方案还要经受长时间的考验才能付诸实施。此外,在海洋内处理核废料的做法需要先修改国际协议。

        埋入潜没区 将核废料埋入潜没区(潜没是指一个地板块受力下降到另一板块之下的过程)可以让作废的核燃料棒沿着地球构造板块的“传送带”移动并最终进入地幔层。然而,埋入潜没区这种处理方式也违背了一些国际条约。

        冰冻处理 核废料的温度一般很高,将其装入钨球中投放到较为稳定的冰原上,钨球会随着周围冰的融化向下移动,上方的融冰则又再次凝固。不过,冰原会发生移动,导致放射性物质会像冰山一样在海洋中漂浮。

        封入合成岩 将核废料埋入地下需要考虑如何防止核废料污染周围的土壤和水。一种具有可能性的处理方式是将核废料封入合成岩中。合成岩可以吸收清水反应堆和钚核裂变产生的特定废物。它们是一种陶瓷制品,能够将核废料封入晶格内,用以模拟在地质构造上较为稳定的矿石。

        使用液压笼 一旦渗入地下水,地下核废料储存设施将变得尤为危险。如果在核废料周围建造一个类似三维深沟的水笼,地下水便不会渗入放射性物质。未来的核废料处理装置应该做到防泄漏,而液压笼的作用则是防止地下水污染的情况发生。

        先锋尝试:细菌

        无论如何,传统的核废料深埋处理办法只是“治标不治本”。随着核电的不断发展,终有一天再难找到合适储存地点。

        美国密歇根大学的研究人员发现一种名为硫还原地杆菌(Geobactersulfurreducens)的细菌,可以通过对附作物的侵食来清除多种毒素、油污,甚至是核废料。
这基于在细菌表面的一种类似毛发的依附物,即菌毛(pilus)。这种细菌通过菌毛将电子传递到其取食的物质上,经由传导电子,便能从其中获得能量,并改变其食用废料的离子态,使其从水中沉淀出来。生长在核废料旁的菌落可以从其中提取出铀来,从而可以更加方便和快捷地处理核废料。

        通过实验发现,在有害化学物质越多的环境中,硫还原地杆菌会生成越多的菌毛,这可以更好地将铀等有毒物质排斥在其分子膜以外。利用该菌种的特性,还可以将其改装制造成一种生物电池。

        在未来,这或许将成为安全处理核废料及有毒垃圾的最佳方法。

        链接

        乏燃料≠核废料

        核废料(nuclearwastematerial)泛指在核燃料生产、加工过程中产生的,以及核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料。

        核废料按物理状态,可分为固体、液体和气体3种;按比活度又可分为高水平(高放)、中水平(中放)和低水平(低放)3种。中低水平核废料主要来自核电站在发电过程中产生的具有放射性的废液、废物,占到了所有核废料的99%;高放核废料因为其具有高度放射性,俗称为高放废料。

        核废料的特征是:放射性;射线危害;热能释放。

        按照国际原子能机构的规定,对已产生的核废料分类收集,分别贮存和处理。尽量减少容积以节约运输、贮存和处理的费用。核废料最好以稳定的固化体形式贮存,以减少放射性核素迁移扩散。

        乏燃料(spentnuclearfuel)并不等于核废料,其中含有许多有用的物质,如没有“烧净”的铀235,以及新生的俘获产物和裂变产物等。在俘获产物中,有钚的各种同位素;在裂变产物中,有锶、铯、锝、钷等,都是可利用的同位素。此外还有大量的铀238等。

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