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重大突破!中國核廢料玻璃固化有多牛?是一勞永逸還是禍遺子孫?

9月11日,國內首座高水平放射性廢液玻璃固化設施在四川廣元正式投運。這使得我國成為世界上少數幾個具備高放廢液玻璃固化技術的國家。該技術是在1100度或更高溫度下,將放射性廢液和玻璃原料進行混合熔解,冷卻後形成玻璃體,同時要求形成的玻璃體能包容放射性物質千年以上。

重大突破!中國核廢料玻璃固化有多牛?是一勞永逸還是禍遺子孫?

上圖:玻璃樣品

但卻有很多人認為,這是將問題留給了子孫後代。真相真是如此嗎?其實這玩笑有點大了。

核廢料——讓人談核色變的罪魁禍首

廣義上的核廢料包括核燃料在上下游過程中產生的所有放射性廢物。例如核電站正常執行產生的廢水、廢氣;產自上游採礦、精煉的礦渣;核電站燒剩的廢料,也稱為乏燃料;甚至連科研活動所產生的放射性廢物,比如實驗室的手套、衣服與工人洗澡水。而狹義上則專指核電站燒剩的乏燃料。

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這些廢料有氣體,有液體,也有固體。它們根據放射性水平不同,分別被分為3個級別,分別是高放廢物(HLW),中放廢物(MLW)和低放廢物(LLW)。但每個國家都有自己的標準。

目前全球已經產生了25萬噸的核廢料,同時核廢料的數量還在逐漸增長中。而預計到2030年,僅我國核電站每年產生的核廢料就可達到3200噸左右。好在核廢料中絕大部分都是中低放廢料,佔比97%,其中高放廢料佔3%,而絕大多數源於乏燃料。

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一般來說,極低放射性的廢氣,廢液不需要複雜的處理。僅透過暫時貯存讓其自發衰變,或過濾及其他化學方法就可使其放射性低於大自然本底,並可直接排放到大氣環境中。真在需要注意的是固體廢料,和廢液濃縮液。

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對於一些中低放的固體、液體核廢料。從上世紀40年代開始,各國就已著手處理。不過開始它們一直選擇將液體倒在深井裡,或者把固體扔到海里,對環境造成了嚴重破壞,尤其是對水資源的汙染,而現在通常是打包封存,然後直接掩埋在10-300米的地下或扔進廢礦井。

但液體的核廢料會到處流淌,埋到地下之後依舊會汙染水源,所以要先給液體核廢料固化,免得它到處亂竄。一般會將廢物就摻雜進瀝青或水泥裡,進行瀝青化和水泥化。隨後熬它個大約300年左右,其放射性就不會再對人體造成任何傷害。

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但對於高放液體核廢料的固化,要求就苛刻得多。因為高放核廢物的放射性核素的半衰期長得嚇人,需要數萬年才能衰減到對人類無害的程度。比如鈽239,它的半衰期有24000年,同時化學毒性很大,10毫克就可使一人致死。我們不能保證核廢物在這幾萬年甚至幾十萬年的時間裡,一直安全隔絕,不被腐蝕。因此,核廢料玻璃固化技術應運而生。

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玻璃固化的研究開始於20世紀50年代末,按操作方式可分為兩種,分別為一步法與兩步法。美國是研究一步法玻璃固化技術最早的國家,也是當前一步法技術最成熟的國家,透過高放廢液和玻璃形成劑在玻璃熔制容器內蒸發、煅燒而熔製成玻璃。

但由於早期後處理技術處於摸索階段,對核廢液認識不夠,美國並未對核廢料進行後處理回收鈾和鈽。並且美國現存的高放廢液又大都源於二戰及冷戰製造核武器的遺留廢物。因此,經過50 多年的存放,各種化合物及元素髮生一系列複雜的物理化學反應,使得美國軍核時期遺留的放射性廢液處理難度極大,世界罕見。

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法國則提前考慮到了這些風險,認為幾十萬年太久,從而進行了後處理,減少了高放核廢料的總量,採用了兩步法,選擇將高放廢液先在煅燒器內轉化為煅燒物,然後進入熔融器,和玻璃形成劑熔製成玻璃,是世界上第一個進入玻璃固化工業的國家。英國也因此引進了法國的兩步法固化技術,而德、日則採用與美國相似的一步法玻璃固化技術。

重大突破!中國核廢料玻璃固化有多牛?是一勞永逸還是禍遺子孫?

現在,我國也實現了高放廢液處理能力零的突破,成為世界上少數幾個具備高放廢液玻璃固化技術的國家。使得安全使用核電有了長足的進步。但對此有人認為這是把核廢料的汙染問題,留給了子孫後代就有點搞笑了。這些被隔絕的核廢物經過時間的洗禮,其放射性終會降低至人類能接受的正常水平。當它們被子孫後代解封之時,已經沒有危害了。

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而且在不久前,在ADS嬗變系統的支援下,還誕生了啟明星二號。它不僅將核燃料的利用率提高到了95%以上,還能對核燃料消耗完後產生的廢棄物再次回收利用,堪稱核廢料處理神器。

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延伸閱讀

其實火電站造成的輻射要比核電多得多。國內最普通的一座1000MWe的火電站,一年燒煤約350萬噸,其中至少含有5噸天然鈾。雖然火電站排放煙塵絕大多數被過濾系統捕獲,但逃逸到環境中的放射性核素輻射強度依然會導致這樣一座火電站的輻射強度比同樣裝機容量的核電站強50倍。(資料來源自華北電力大學郝卿的《核廢料處理方法及管理策略研究》)

#中國核廢料固化能力獲重大突破#

分類: 科學
時間: 2021-09-13

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