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专家解密快速增加又异常危险的核垃圾如何处奢侈品市场和消费

发布时间:2020-02-15 07:01:51

专家解密:快速增加又异常危险的核垃圾如何处置

专家解密快速增加又异常危险的核垃圾如何处置 /李静

和煤一样,核燃料燃烧后也会产生大量的废物,煤渣可以简单倒掉,而这些具有高放射性的乏燃料该如何处理,却一直是世界困难。怎么将这些“废物”循环再利用?中国的科学家们一直在努力研究。去年8月,中国成为世界上第八个拥有快堆技术的国家,这类能把核废料循环再利用的技术在国际上被喻为浴火重生的“凤凰”。

2011年1月3日,中央电视台报导了一条有关中国核研究获得重大技术突破的消息,引发外媒的广泛关注:中国实现了核动力堆中燃烧后的核燃料铀、钚材料的回收,而如果能够将钚材料在快堆上实现循环利用,意味着在我国现有核电范围下,我国已经探明的铀资源从大约只能使用50到70年变成了足够用上3000年,大大提升了中国核电站的发电能力。

关于核废料的处理及利用,至今仍是国际社会还没有完全攻克的困难。在这方面,中国悉心汲取国外先进经验,同时潜心探索研究。《世界报》就核废料问题采访了国内的一些权威核专家,他们向介绍了有关中国保管及处理核废料的幕后故事。

中国核垃圾快速增加

乏燃料,简单说,就是核电站发电使用后的燃料,类似于火力发电站中的“煤渣”,但与煤渣不同,这些核废料充满危险性却又浑身是宝。

中国实验快堆工程指挥部总工程师徐銤向《世界报》介绍,中国的秦山、大亚湾等核电站用的都是热中子反应堆(简称热堆)。热堆中使用的核燃料,主要是从天然铀中提取的同位素铀-235,它与热中子撞击产生裂变能量。但是在天然铀中,唯一不到1%的铀同位素能够在热中子的作用下产生裂变反应,而占天然铀绝大部分的同位素——铀-238却不能。同时,铀-238在热堆反应中经过几次核演变,变成钚-239,这种物资在热堆中不能得到有效利用。这意味着,铀燃料中99%的能量被浪费了,只能被丢弃。

扔掉的“宝”从某种程度看还不如垃圾,由于乏燃料中众多放射性元素都具有数以万年乃至上百万年的半衰期(编者注:放射性原子核数衰变掉一半所需要的统计期望时间)。高放射性乏燃料含有多种对人体危害极大的放射性元素,仅10毫克的钚就能使人毙命。

根据中国工程院咨询项目“高放废物地质处置战略研究”的报告,秦山核电站每一年产生10吨左右的乏燃料,大亚湾核电站每一年则有40吨左右。在“125”计划中,中国的核电产业将迎来大发展,预计到2020年,中国的核电装机容量将从既定目标4000万千瓦提高到7000万至8000万千瓦。以未来我国7000万千瓦核电装机计算,每一年将产生约38500立方米的低放射性固体废物。

半衰期长达百万年的放射性元素对地球的影响超出人类可控范围。而由于现有资金及技术上的局限,核废料处理一直是世界性难题。美、俄、英、法等核电大国,围绕核废料运输和储存近年来发生过多次民众大规模。核电的大发展,对中国的核废料处理能力更是提出了巨大挑战。

核废料深埋地下

目前,国际上处理核废料的方式主要有“再处理”和“直接处置”两种。“再处理”主要是从核废料中回收可进行再利用的核原料,包括提取可制造核武器的钚等元素。“直接处置”则是将高放射性核废料进行“地下深埋”。《世界报》从国家原子能机构处了解到,中国目前采取的是“直接处置”的方式,且对中低放射性废物已有了较为成熟的处置技术。不论是固体核废料还是液体核废料,都先进行固化处理,然后装进固定大小的不锈钢桶,放在近地表的处置库。中国已建成的中低放废物处置场有两个,即位于甘肃玉门的西北处置场及位于广东北龙的华南处置场。

高放射性废物的处置则麻烦得多,目前中国与大多数国家采取的是“深部地质处置”方式:将乏燃料废液制成水泥固化、沥青固化或玻璃固化的固体,装入可屏蔽辐射的金属罐中,再放进位于地下500米—1000米的处置库内。为保障核元素不会向外迁移,装有核废料的罐体周围须充填有回填材料,同时还要找到一块巨大的天然岩石做处置库的外壳。

掩埋核废料需要巨大的地下空间,业内专家早就开始呼吁:“我国需要抓紧核废料处理厂建设,抓紧核废料转化再利用技术研究,以提高核废料处理能力。”

核废料运输异常严谨

除了需要寻找条件合适的地下空间,乏燃料在运输过程中也一点大意不得。由于中国已建成和在建的核电站大多位于经济发达的东南沿海地区,核电站与主要核废料处置库之间相隔数千千米,运输过程需耗时一周左右,沿途还要经过许多人口稠密的地区,因此核废料的运输安全问题不容半点闪失。

一位业内人士告诉《世界报》,无论是运送乏燃料的托运者还是承运者,都要经过国家原子能机构的严格审批。运送前,核废料先被装入能有效屏蔽辐射的特殊罐状运输容器,运输核废料的火车和汽车车箱也必须经过特殊改装。在选择运输线路时,有关部门将对沿途的道路、桥梁及地形环境等因素进行详细分析比较,选择出最安全的线路。

在运送过程中,武警部队对运输核废料的车队进行全程武装押运,车队还配备有专门的导引车、保卫车等保障车辆,沿途各地公安、交通部门也会做好各项配合工作。不但如此,有关部门还将通过卫星全程监控运输车队,随时掌握车队位置。已通过审批的运输方案和运输车辆绝对不允许擅自改变。据这位业内人士介绍,2009年,就有一家单位由于擅自更换了运输车辆的车型,并改变了运输路线而遭到国家核安全局的通报批评。

中国何时变废为宝

贮存有危害,运输有危险,成了“烫手山芋”的乏燃料,很快就要迎来它的新使命。随着中国成功实现核动力堆中燃烧后的铀、钚材料的回收,中国有望将钚材料在快堆上实现循环利用。

徐銤告知《世界报》,快堆的全称是快中子反应堆,属于全球第四代核能系统技术的运用,其燃料就是热堆中的废物钚-239,而且,它一边消耗放进去的原料钚,一边又生产出新的钚,且再生速度高于消耗速度。每过一段时间,快堆核电站所得到的钚-239,还可以设备一座相同范围的快堆。在快堆中,铀的利用率可以到达60%-70%。而且,贫铀、低品位的铀矿,乃至海水里的铀,都可以成为快堆的燃料来源。

世界上,比较经济的可开采天然铀约有500万吨,价格约为130美元1千克。并不是铀大国的中国每一年都要从澳大利亚等国进口天然铀。如果能推行快堆技术,仅中国已探明的铀资源就足够用上3000年。快堆的好处不仅仅在于能够榨干铀的能量,更能抹干它的毒性。乏燃料在快堆反应中经过回收再利用以后,放射性物资的衰变期只有二三百年,可以大大减少核废物的处置量。

目前,美国、法国、俄罗斯等国都在推进快堆的研究和商用开发,实现商用的时间预计在2030年到2035年之间。徐銤介绍,中国的快堆预计于2016年开始设计,2028年建成第一座。那时候,“国家有多少钚出来,我们就建多少个这样的快堆,让国家的核能大大的发展。”

不过,实现乏燃料循环利用进程中的高投入和未知的经济性也引来了一些学者的反思。清华大学国际问题研究所核问题专家李彬对《世界报》说,铀资源愈来愈少以后,接下来发挥作用的可能是那些铀矿石品位较低的铀矿,钚的作用不一定能马上显示出来。由于从乏燃料中提取钚来发电,其经济性目前来看并不合算。李彬认为,乏燃料后处理和快堆方面的研究是一种风险性技术投资,虽然在科学技术探索上有一定意义,但未来科技发展方向是不是这样,还需要论证。

刘永丽

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