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核能科普知識(shí)
快速增加又異常危險(xiǎn)的核垃圾如何處置
時(shí)間:2011年01月10日 來(lái)源:世界新聞報(bào) 作者:李靜 點(diǎn)擊量: 分享:

乏燃料,簡(jiǎn)單說(shuō),就是核電站發(fā)電使用后的燃料,類似于火力發(fā)電站中的“煤渣”,但與煤渣不同,這些核廢料充滿危險(xiǎn)性卻又渾身是寶。

中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆工程指揮部總工程師徐?向《世界新聞報(bào)》記者介紹,中國(guó)的秦山、大亞灣等核電站用的都是熱中子反應(yīng)堆(簡(jiǎn)稱熱堆)。熱堆中使用的核燃料,主要是從天然鈾中提取的同位素鈾-235,它與熱中子撞擊產(chǎn)生裂變能量。但是在天然鈾中,僅有不到1%的鈾同位素能夠在熱中子的作用下發(fā)生裂變反應(yīng),而占天然鈾絕大部分的同位素——鈾-238卻不能。同時(shí),鈾-238在熱堆反應(yīng)中經(jīng)過(guò)幾次核蛻變,變成钚-239,這種物質(zhì)在熱堆中不能得到有效利用。這意味著,鈾燃料中99%的能量被浪費(fèi)了,只能被丟棄。

扔掉的“寶”從某種程度看還不如垃圾,因?yàn)榉θ剂现斜姸喾派湫栽囟紦碛袛?shù)以萬(wàn)年乃至上百萬(wàn)年的半衰期(編者注:放射性原子核數(shù)衰變掉一半所需要的統(tǒng)計(jì)期望時(shí)間)。高放射性乏燃料含有多種對(duì)人體危害極大的放射性元素,僅10毫克的钚就能使人斃命。

根據(jù)中國(guó)工程院咨詢項(xiàng)目“高放廢物地質(zhì)處置戰(zhàn)略研究”的報(bào)告,秦山核電站每年產(chǎn)生10噸左右的乏燃料,大亞灣核電站每年則有40噸左右。在“十二五”規(guī)劃中,中國(guó)的核電產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)大發(fā)展,預(yù)計(jì)到2020年,中國(guó)的核電裝機(jī)容量將從既定目標(biāo)4000萬(wàn)千瓦提高到7000萬(wàn)至8000萬(wàn)千瓦。以未來(lái)我國(guó)7000萬(wàn)千瓦核電裝機(jī)計(jì)算,每年將產(chǎn)生約38500立方米的低放射性固體廢物。

半衰期長(zhǎng)達(dá)百萬(wàn)年的放射性元素對(duì)地球的影響超出人類可控范圍。而由于現(xiàn)有資金及技術(shù)上的局限,核廢料處理一直是世界性難題。美、俄、英、法等核電大國(guó),圍繞核廢料運(yùn)輸和儲(chǔ)存近年來(lái)發(fā)生過(guò)多次民眾大規(guī)??棺h。核電的大發(fā)展,對(duì)中國(guó)的核廢料處理能力更是提出了巨大挑戰(zhàn)。

核廢料深埋地下

目前,國(guó)際上處理核廢料的方式主要有“再處理”和“直接處置”兩種。“再處理”主要是從核廢料中回收可進(jìn)行再利用的核原料,包括提取可制造核武器的钚等元素。“直接處置”則是將高放射性核廢料進(jìn)行“地下深埋”。

《世界新聞報(bào)》記者從國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)處了解到,中國(guó)目前采取的是“直接處置”的方式,且對(duì)于中低放射性廢物已經(jīng)有了較為成熟的處置技術(shù)。不論是固體核廢料還是液體核廢料,都先進(jìn)行固化處理,然后裝進(jìn)固定大小的不銹鋼桶,放在近地表的處置庫(kù)。中國(guó)已建成的中低放廢物處置場(chǎng)有兩個(gè),即位于甘肅玉門的西北處置場(chǎng)及位于廣東北龍的華南處置場(chǎng)。

高放射性廢物的處置則麻煩得多,目前中國(guó)與大多數(shù)國(guó)家采用的是“深部地質(zhì)處置”方式:將乏燃料廢液制成水泥固化、瀝青固化或玻璃固化的固體,裝入可屏蔽輻射的金屬罐中,再放進(jìn)位于地下500米—1000米的處置庫(kù)內(nèi)。為保障核元素不會(huì)向外遷移,裝有核廢料的罐體周圍須充填有回填材料,同時(shí)還要找到一塊巨大的天然巖石做處置庫(kù)的外殼。

掩埋核廢料需要巨大的地下空間,業(yè)內(nèi)專家早就開(kāi)始呼吁:“我國(guó)需要加緊核廢料處理廠建設(shè),加緊核廢料轉(zhuǎn)化再利用技術(shù)研究,以提高核廢料處理能力。”

核廢料運(yùn)輸異常嚴(yán)謹(jǐn)

除了需要尋找條件合適的地下空間,乏燃料在運(yùn)輸過(guò)程中也一點(diǎn)大意不得。由于中國(guó)已建成和在建的核電站大多位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南沿海地區(qū),核電站與主要核廢料處置庫(kù)之間相隔數(shù)千公里,運(yùn)輸過(guò)程需耗時(shí)一周左右,沿途還要經(jīng)過(guò)許多人口稠密的地區(qū),因此核廢料的運(yùn)輸安全問(wèn)題不容半點(diǎn)閃失。

一位業(yè)內(nèi)人士告訴《世界新聞報(bào)》記者,無(wú)論是運(yùn)送乏燃料的托運(yùn)者還是承運(yùn)者,都要經(jīng)過(guò)國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格審批。運(yùn)送前,核廢料先被裝入能有效屏蔽輻射的特殊罐狀運(yùn)輸容器,運(yùn)輸核廢料的火車和汽車車廂也必須經(jīng)過(guò)特殊改裝。在選擇運(yùn)輸路線時(shí),有關(guān)部門將對(duì)沿途的道路、橋梁及地形環(huán)境等因素進(jìn)行詳細(xì)分析比較,選擇出最安全的線路。

在運(yùn)送過(guò)程中,武警部隊(duì)對(duì)運(yùn)輸核廢料的車隊(duì)進(jìn)行全程武裝押運(yùn),車隊(duì)還配備有專門的導(dǎo)引車、保衛(wèi)車等保障車輛,沿途各地公安、交通部門也會(huì)做好各項(xiàng)配合工作。不但如此,有關(guān)部門還將通過(guò)衛(wèi)星全程監(jiān)控運(yùn)輸車隊(duì),隨時(shí)掌握車隊(duì)位置。已經(jīng)通過(guò)審批的運(yùn)輸方案和運(yùn)輸車輛絕對(duì)不允許擅自改變。據(jù)這位業(yè)內(nèi)人士介紹,2009年,就有一家單位由于擅自更換了運(yùn)輸車輛的車型,并改變了運(yùn)輸路線而遭到國(guó)家核安全局的通報(bào)批評(píng)。

中國(guó)何時(shí)變廢為寶

儲(chǔ)存有危害,運(yùn)輸有危險(xiǎn),成了“燙手山芋”的乏燃料,很快就要迎來(lái)它的新使命。隨著中國(guó)成功實(shí)現(xiàn)核動(dòng)力堆中燃燒后的鈾、钚材料的回收,中國(guó)有望將钚材料在快堆上實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

徐?告訴《世界新聞報(bào)》記者,快堆的全稱是快中子反應(yīng)堆,屬于全球第四代核能系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用,其燃料就是熱堆中的廢料钚-239,而且,它一邊消耗放進(jìn)去的原料钚,一邊又生產(chǎn)出新的钚,且再生速度高于消耗速度。每過(guò)一段時(shí)間,快堆核電站所得到的钚-239,還可以裝備一座相同規(guī)模的快堆。在快堆中,鈾的利用率可以達(dá)到60%-70%。而且,貧鈾、低品位的鈾礦,乃至海水里的鈾,都可以成為快堆的燃料來(lái)源。

世界上,比較經(jīng)濟(jì)的可開(kāi)采天然鈾約有500萬(wàn)噸,價(jià)格約為130美元一公斤。并非鈾大國(guó)的中國(guó)每年都要從澳大利亞等國(guó)進(jìn)口天然鈾。如果能推廣快堆技術(shù),僅中國(guó)已探明的鈾資源就足夠用上3000年??於训暮锰幉粌H僅在于能夠榨干鈾的能量,更能抹干它的毒性。乏燃料在快堆反應(yīng)中經(jīng)過(guò)回收再利用以后,放射性物質(zhì)的衰變期只有二三百年,可以大大減少核廢物的處置量。

目前,美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)都在推進(jìn)快堆的研究和商用開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)商用的時(shí)間預(yù)計(jì)在2030年到2035年之間。徐?介紹,中國(guó)的快堆預(yù)計(jì)于2016年開(kāi)始設(shè)計(jì),2028年建成第一座。那時(shí)候,“國(guó)家有多少钚出來(lái),我們就建多少個(gè)這樣的快堆,讓國(guó)家的核能大大的發(fā)展。”

不過(guò),實(shí)現(xiàn)乏燃料循環(huán)利用過(guò)程中的高投入和未知的經(jīng)濟(jì)性也引來(lái)了一些學(xué)者的反思。清華大學(xué)國(guó)際問(wèn)題研究所核問(wèn)題專家李彬?qū)Α妒澜缧侣剤?bào)》記者說(shuō),鈾資源越來(lái)越少之后,接下來(lái)發(fā)揮作用的可能是那些鈾礦石品位較低的鈾礦,钚的作用不一定能馬上顯示出來(lái)。因?yàn)閺姆θ剂现刑崛☆衼?lái)發(fā)電,其經(jīng)濟(jì)性目前來(lái)看并不合算。李彬認(rèn)為,乏燃料后處理和快堆方面的研究是一種風(fēng)險(xiǎn)性技術(shù)投資,盡管在科學(xué)技術(shù)探索上有一定意義,但未來(lái)科技發(fā)展方向是不是這樣,還需要論證。

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