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一提到核废料,很多人会想到发着黄绿色荧光的放射性物质。
它危险到需要封存几十万年,也常被当作反对核能的理由:用了核能,就会留下一堆放射性垃圾。
可这些东西放在哪里?
谁都不希望它离自己家太近。
这种担忧并非无的放矢。
根据国际原子能机构的数据,全球每年产生数万吨中低活性核废料。
有估算称,我国一年产生约3500吨核废料,若要依靠长江水来“净化”,需要213万年。
这一数字的具体算法并不清楚,但它反映了人们对核废料的普遍印象:数量大,难处理,又甩不掉。
不过,核废料是否只能是负担?
早在20世纪60年代,美国就建过一座与众不同的核反应堆。
它和普通反应堆有许多不同,最大的区别在于燃料:它可以用核废料发电。
当时,人们对这类技术寄予厚望,认为它能带来清洁能源充足的未来。
那个年代的宣传影片甚至预言,到2000年,美国一半以上的电力将来自原子能。
这个预言没有实现,现实与之相差很远。
如今,美国没有对任何核废料进行再利用,这些废料越堆越多,还要持续花钱保证安全。
如果这项技术确实可行,核废料就不只是放射性垃圾,而是一笔被闲置的清洁能源资源。
人们习惯认为技术总在向前发展,但这却是一项技术被搁置的故事:用核废料发电后来怎样了,人类原本可能拥有怎样的清洁能源未来,以及现在有哪些人正试图把这个未来找回来。
当年那座能利用核废料的反应堆,正是这家实验室研发的,只是参观者当时并不知道。
同行的还有两位来自Oklo公司的人,这家公司正在开发新型核反应堆。
参观结束后,大家坐在一棵大树下聊天。
其中一人提到,他们正与阿贡实验室密切合作,研究如何回收现有的乏燃料。
她说,仅美国现存的乏燃料,就足够为全国供电150年。
这个说法起初并不让人信服,听起来像是纸面上的算法。
比如有人说,地热理论上可以为地球供电几千年,但前提是能把那些能量全部取出来,而人们并不知道该怎么做。
对方的回答却很明确:我们知道怎么做,只是还没有商业化设施,技术本身已经具备。
需要说明的是,专家对现有乏燃料究竟能用多少年看法不一。
但他们都认为,依靠已经建成并验证过的技术,现有核废料可以成为一种大规模能源。
而且,对核废料进行回收利用,尤其是多次回收,能大幅缩短最终剩余废料保持放射性的时间,也就缩短了需要储存的时间。
真正的难题在于成本和国际政治,而不是基础技术。
要理解这一点,先要弄清核废料从何而来。
除了太阳能,人类使用的电力几乎都来自转动的涡轮机。
发电厂通常把液体加热成蒸汽,再用蒸汽推动涡轮。
最常见的做法仍是燃烧化石燃料;
也可以利用被地球加热的液体,这就是地热;
还可以让一种特殊岩石里的原子分裂并产生高温,这就是核能。
这种特殊的岩石就是铀。
天然铀中只有不到1%能够维持核反应,这部分叫铀235,数字用来区分不同的同位素。
天然铀通常要经过浓缩,提高其中铀235的比例,降低用处较小的铀238所占比重。
处理后的燃料被制成芯块,大小约等于手指从指尖到第一个关节那一截。
芯块装进长长的金属燃料棒里。
反应堆中,自由中子轰击铀235,使其裂变成更小、极不稳定的原子,同时释放出几个中子。
这些中子继续撞击附近的铀,引发一连串裂变,形成链式反应。
每次裂变都有一小部分质量转化为能量,使燃料棒变得很热,进而加热水、推动涡轮并产生电力。
四到六年后,燃料中可裂变的铀消耗到一定程度,反应就无法高效进行。
这时的乏燃料被视为高放射性核废料,其中混合着铀238、少量剩余的铀235,以及大量极不稳定、会发出电离辐射的原子。
大剂量电离辐射正是令人恐惧的“看不见的杀手”,会以往往致命的方式损伤人体组织和DNA。
更麻烦的是,这些废料保持放射性的时间极长,有时长达数十万年。
目前,美国大部分核废料储存在干式储存罐中,用来隔绝其中的放射性物质。
但这种储存罐只能使用几十年,远远达不到几十万年。
几十年来,关于如何处理核废料的争论一直没有停止。
长期储存方案是存在的,最常见的思路是深层地质处置,也就是利用地层的屏蔽作用和稳定性,把废料埋在地下深处。
美国曾计划在内华达州尤卡山建设这样的处置库,一些国家也已开始实施类似方案。
但在美国和许多其他国家,大量装着核废料的干式储存罐仍放在核电站里。
简单来说,人们从地下开采铀,只用一次,然后几乎永久储存。
这就是美国目前采用的“一次通过”燃料循环。
20世纪60年代的宣传影片里有一个比喻:只用铀235而丢掉其余部分,就像只取走奶油,却把牛奶倒掉。
关键在于,如何把仍然有用的物质从真正的废物中分离出来。
阿贡实验室是美国少数仍在测试核废料回收的地方之一。
进入实验室前,访客需要提交护照证明自己是美国公民,戴上安全眼镜,而且不能在里面拍摄。
根据实验室公开的影像资料,研究人员会在大型防护箱里把核废料切成小块,再溶解到一槽熔融盐中。
通电后,铀和其他有用物质会与其余废物分离,被推到槽的另一侧沉积下来。
研究人员再用这些沉积物制
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