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科学家力寻七方法或解决核废料难题

北极星电力网技术频道    作者:覃泽文   2010/8/6 12:19:05   

  所属频道:  核电    关键词:  中国能源报 核反应堆

  作为一种潜力极大的清洁能源,核能受到了世界上大多数国家的青睐。有核电国家正在积极开发新的核反应堆技术,而无核国家也想加入到这个队伍中来,用核电满足国内日益增长的电力需求。然而,核废料的处理一直是核电发展面临的一大艰巨挑战。由核燃料处理而引发的争论也是从未停息过。

  核反应堆产生的废料主要是由燃烧过的燃料棒组成,而这些燃料棒在燃烧之后仍然含有放射性同位素(铀235裂变时形成的放射性同位素)。这些放射性同位素的半衰期长短不一,有的半衰期短,如铯137、锶90等的半衰期为30年,有的半衰期长,如钚239的半衰期则长达2.4万年。同时,由于经过了裂变反应,核燃料棒在出反应堆时的放射性要远远高于它被放进反应堆之前,因此污染性也更高。现在有人提出将核废料重新利用,但这一方法从经济上不划算。而要将废料储存长达2.4万年的期限显然也不现实。因此,近日《大众科学》杂志网站就列举了下面7种眼下科学家正在考虑的核废料处理方案,这里面也许有一两个真能帮助人类解决核废料处理难的问题。

  送入太空

  宇宙本身就会产生放射性物质,同时也可以充当地球核废料的一个储存仓库。《大众科学》网站俏皮地指出,至少地球上核燃料填埋点与人们不断增长的不满情绪和永无休止的游行相比,太空对核废料的“入侵”会默默接受。如果穿越太阳系,或者坠入太阳之中,核废料便很难对地球上的生物带来很大威胁,这一点毋庸置疑。当前面临的问题是,如何将核废料送入太空。使用火箭发射这种方式有时会遭遇失败,例如发射架或许会起火、火箭或许会坠入大海或者在大气层中发生爆炸。发生这种事故的后果将无法估量。将失败率降为零的可能性当然也不大。因此在能够实现100%安全之前,通过发射将核燃料棒送入太空仍旧是一种非常危险的解决方案。

  即使太空发射的安全性达到标准,在将来的某一天,我们也许需要重新找回这些物质。钚、铯、锶等本身就是有限资源,如果裂变反应堆技术先进到一定程度,它们会成为燃料。因此研究人员表示,我们似乎需要将核废料留在“身边”以便在需要的时候使用,这才是一种合理做法。

  深度钻孔

  将核废料埋入地下正成为最受推崇的处理方式之一,但具体如何操作仍旧是争论的焦点。同时,深度钻孔这一解决方案仍处在计划阶段。从理论上来讲,这种方式会将核燃料棒包裹在钢结构中,而后埋入地下数英里处。

  深度钻孔有其优势一面,可以在距离核反应堆很近的地区进行钻孔,缩短高放射性核废料在处理前的运输距离。然而,与将核废料送入太空面临的困难一样,钚回收也是一项挑战——将核废料埋入地下3英里(约合4.8公里)是一回事,安全回收则完全是另一回事。

  海床下储存

  在海洋的大部分区域,海床都由厚重的粘土构成,最适合吸收放射性衰变产物。1973年,伍兹·霍尔海洋研究所的海洋学家霍利斯特第一次提出海床下储存核废料的建议。但直到1986年,美国才首次认真考虑这种处理方式。

  海床下储存需要在水下钻孔,大约三个月前的“深水地平线”原油泄漏事故让人们在将该方案付诸实施之前不得慎之又慎。此外,专家指出,在海洋处理核废料的做法也有违国际惯例,因此采取这种处理方式需要修改国际协议。

  埋入俯冲带

  将核废料埋入俯冲带(俯冲带是指大洋板块和大陆板块相撞时,大洋板块俯冲于大陆板块之下的地带——编者注)可以让用过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。虽然一些人支持这种处理方式,但它并不在美国能源部考虑之列。与海床下储存一样,埋入俯冲带这种处理方式也违背国际条约。同时,来自俯冲带海床的岩浆会随着火山涌出,这也是一个不得不考虑的因素。

  冰冻处理

  核废料温度很高。正如《大众科学》特刊《环境未来》中所提到的那样,杰西·奥苏伯尔设计的装满核废料的钨球可以产生足够热量将其埋入岩石中,但在考虑这种处理方式前,必须对地下岩石的稳定性有足够了解。另一种想法在上世纪70年代便遭到拒绝,那就是将核废料储存在冰川内。

  将核废料球放入较为稳定的冰原,它们会随着周围冰的融化向下移动,之上的融冰则又再次凝固。这一想法遭到拒绝的原因很多,其中一个原因便是冰原会发生移动,导致放射性物质会像冰山一样在海洋中漂浮。

  封入合成岩

  当前最为现实的做法——将反射性核废料埋入地下——向人们提出了一系列问题,其中包括如何防止核废料污染周围的岩石和水。一种具有可能性的处理方式是将放射性核废料封入合成岩中。合成岩于上世纪70年代研制成功,可用于储存高放射性核废料。在设计上,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壕沟的水笼,地下水便被赋予一条替代路径,不会渗入放射性物质。未来的核废料处理装置应该可以做到防泄漏,而液压笼的作用则是防止地下水污染这一最严重的情况发生。图片展示的是捷克科学家理查德发明的核废料储存仓库。针对这个仓库,人们设计了一个液压笼。

来源:中国能源报
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