我国核废料固化能力获重大突破，玻璃体能包容放射性物质千年以上，这意味着什么？将产生哪些影响？ 第1页

其实最大的意义在新闻正文里已经提到，“实现了高放废液处理能力零的突破”。

（以下为我在17年写的一篇旧文重发，只为大致梳理核废料处理的基本情况，考虑到时效性的问题，文中的一些细节可能已经发生变化，望周知）

根据国际原子能机构（IAEA）的分类，核废料按照物理状态，可以分为固体核废物，液体核废物和气体核废物。固体的比如开采铀矿的矿渣，核电站用完的乏燃料，退役的军用核武器元件，退役的核电站的水泥钢筋，甚至核工业人员穿过的衣服、手套之类的；液体的比如采铀矿时候用的废水，核电站的冷却水，甚至工作人员的洗澡水之类的；气体的比如核电站排放的粉尘之类的。可以说，从开采铀矿开始，核废料就产生了。

根据放射性水平不同，核废物又分了3个大档次，分别是高放废物（HLW），中放废物（MLW）和低放废物（LLW），具体的标准各国又不一样，IAEA的标准是：

• 放射性低于3.7x10^6Bq/L的液体核废物、低于3.7x10^7Bq/立方米的气体核废物、1.91x10^6Bq/Kg的固体核废物为LLW
• 放射性在3.7x10^6Bq/L——3.7x10^11Bq/L的液体核废物、1.91x10^6Bq/Kg——1.91x10^7Bq/Kg的固体核废物为MLW
• 放射性大于3.7x10^11Bq/L的液体核废物、大于3.7x10^7Bq/立方米的气体核废物、大于1.91x10^7Bq/Kg的固体核废物，以及α辐射体为HLW

一般来说，放射水平极低的气体核废物和一些废液，不需要特别复杂的处理方式，采用过滤法、化学法基本就处理掉了，所以我们看到很多核电站也有一些粉尘排放，但其实并不危险，这些低放射性的气体自己扩散之后甚至……比环境本底的放射性还低……说一句大家可能不愿意相信的话，就在我国来说，火电站对环境造成的辐射，可能比核电站还高……一座1000MWe功率的火电站（这样规模的火电站在全国各地比比皆是），一年烧煤就得3.5x10^6吨，这么多煤里，至少有5吨天然铀……这些铀都去哪了呢？虽然火电站排放烟尘绝大多数被过滤系统捕获，但逃逸到环境中的放射性核素，依然会导致这样一座火电站的辐射强度比同样装机容量的核电站强了50倍。（这段数据来自华北电力大学郝卿的《核废料处理方法及管理策略研究》，但目前还没有找到其他的文献可以佐证，仅供各位参考）

那么接下来就是一些中低放的固体、液体核废物。从上世纪40年代开始，各国就着手处理这些废物，曾经采用过把液体倒在深井里，或者把固体扔到海里之类的……当然这几种方式对环境污染太厉害了，比如污染地下水啊，污染海洋生态之类的，现在基本不用了（貌似德国还在用深井法）。现在的方式是陆地浅埋和废矿井掩埋的方式。

液体核废料还有一个特殊的问题——液体的核废物它到处流淌，埋到地下之后会渗透，会造成放射性核素的迁徙，要是迁徙到地面上或者地下水里那可就坏事了，所以先要给液体核废物固化，就是把它从液体变为固体，免得它到处乱淌、渗透，中低放核废液的固化手段一般是沥青固化和水泥固化，就是把它掺杂进沥青和水泥里最终凝结成固体。

而高放液体核废物的固化要求就苛刻的多，一般是玻璃固化或者陶瓷固化（也就是本次新闻提到的这个技术突破），就是把废液和玻璃原料搅在一起融成特种玻璃。另一位答主认为“玻璃能做的事钢筋混凝土也能做到，甚至还结实的多”，大概率就是没搞懂“玻璃固化”具体是什么意思的结果了。

成为固体之后，就要给它打包装了，就是用钛合金、陶瓷或者混凝土给核废物加个壳子，这个壳子有这么几个功能：

• 方便储存运输
• 抗震抗压
• 防止地下水渗透接触到核废物，污染地下水源造成核污染扩散
• 屏蔽核废物的辐射
• 把核废物衰变产生的热量导出来

我们刚才说了，核废物的包装有个作用是导热，核废物因为在衰变，发热还是挺严重的，不过绝大多数中低放核废物的衰变期还是比较短的，只要先暂存一段时间，发热就能下降到一个可以接受的水平，所以要先暂存一段时间等它散散热，比如用冷却水给它散散热，等热量散的差不多了，就准备掩埋了。

最早的中低放核废物的掩埋就是挖个几米的坑，埋进去，这个方式其实挺不安全的，现在逐渐也不用了，现在采用的方式一般是挖深坑，然后用混凝土包裹一下，同时还要做好防水排水之类的措施，然后再用土和混凝土盖上。这里要注意的是，这个掩埋的坑，要尽量选择远离地下水的地方，免得被水浸泡核废物之后污染地下水，如果实在避不开地下水，也要修在水层上方，免得核废物在底下发热，把顶上的地下水给煮开喽……也就是所谓的“澡盆效应”，如果地下水被加热了，那产生的水蒸气就有可能把岩层崩开，造成地下水和核废物接触，就又可能会把放射性核素带入到地上来。

更简单高效的方式是把包装好的核废物放在那些废弃的矿坑里，这些矿坑一般很深，一般也远离地下水（要不然不早就被淹了嘛）。除此之外，还有一些国家和地区把包装好的中低放核废物放在无人荒岛上（海峡对岸就是这么干的），甚至一度有观点认为干脆找几个远离大陆的荒岛，弄一个全世界各国都可以用的废料库，但是89年伦敦倾废公约已经明确规定不允许这么做，再加上运到海岛的物流成本确实也挺高，所以不成气候。

我国的中低放核废物现在主要是暂存在24个城市放射性废物库，一般是放一些放射性较低的核废物，比如医学啊科研啊用的那些。暂存完了怎么办呢？还是得掩埋，所以国家还准备建设5个大型的全国性的中低放核废物处置场（也就是最后掩埋的地方），但是目前只建成了2个，一个是甘肃玉门（造原子弹的那个404厂厂区里），这个处置场本身在大漠戈壁，降水少，地下水也少，再加上原本就是个高度机密的军事设施，附近居民也比较少，所以埋得不是特别深；另一个在深圳北龙（岭澳和大亚湾不远的地方），这个地方靠海，往下挖的话，地下水环境是很复杂的，那怎么办呢？直接就在地面上用混凝土做了个大盒子，然后再在上面盖上土堆个山，种上植被；其他几个处理厂呢？目前还选不下地址来，具体原因你们猜猜也就知道了。据说现在在四川也选了一个地址了，但是四川已经明确表示了，我这个库，只接受省内的核废物，核废物掩埋地点选址难，下面我还会讲到。

其实平心来说，中低放核废物的处置方式，还是比较安全的，为啥呢？中低放核废物本来放射性水平就不太高了，有了固化和包装，再深埋之后，对外界的影响几乎可以做到0，而且它们的放射性物质的半衰期相比来说也不是很长了，深圳北龙那个处置库，设计要求是对环境屏蔽300-500年。总的来说，要找一个地质结构相对稳定，300-500年不容易出现大问题的地方，把握还是有的，而且我们给它打的包装也有把握能在这几百年里把它捆住。

也就是说，极低放的气体和液体核废物，不过是只小猫咪，我们有成熟的办法可以把它驯服。中低放的固体液体核废物，可能是一只大狗，但我们用铁链子可以把它制服。

但高放核废物的放射性核素的半衰期，那可就长的吓人了，其中最为典型的就是其中的α 辐射体，什么是α 辐射体呢？当铀原子吸收一个中子但没有发生裂变时，就产生了锕系元素，比如制作核武器的钚，就是这样的锕系元素，这些锕系元素的半衰期非常的长，比如钚239，它的半衰期有24000年，还有的会长达数十万年……这些放射性核素不断地向外辐α射线。虽然α射线的穿透力比较差，但要命的是，我们不能保证在这几万年甚至几十万年的时间里，这些防护层都可以正常的运作——它可能被腐蚀损坏，可能被挤压破损。我们处理高放核废物的话，就要面临一个问题：怎么能长时间隔绝。

随着这些年技术的发展，各国为了解决这个问题，大体提出了两个不同的处理思路：

• 直接冷却，固化，打包，直接深埋，用大地来与时间对抗；
  
• 后处理，降低核废物毒性，高放核废物半衰期大大缩短然后深埋；

第一条路的典型代表就是美国。

美国的高放核废物处理，也是随着技术的发展改变了好几次思路。最开始的时候，他们使用深海掩埋的方式处理高放核废物，就是把高放核废物打好包装之后，让它自由落体钻到深海底几十米的粘土层里（也有用钻孔或者绞车的方式慢慢放下海底的），但是前边我说过，89年之后，伦敦倾废条约就把这条路给堵死了。

后来美国人开始尝试深岩洞处理，现在他们正在尤卡山建造一个高放处置库，位于地面之下350米，但是这个尤卡山岩洞啊……内华达州一直很有意见：我们州又没有核电站，为啥这些东西都要放在我们这来？本来嘛，为了国家利益，这个尤卡山处置库还能顶着内华达州的压力一直建设，但是后来……观海同志上台了，观海同志一直都是政治正确的，大手一挥，这项目就停了……川宝上台后又有过重启尤卡山的计划，但未能通过，而为了争取内华达州的选票，川宝也在2020年宣布不再支持此项目。

行吧，几百米深的岩洞你们觉得不安全，那我挖的再深一点好不好？按照目前人类的技术水平，直径30CM的深孔，可以挖到地下10KM左右（当然30CM的小孔对于处置高放废物而言确实太小了），直径一米左右的可以挖到5KM，比如目前丹麦计划挖的一个高放废物处置库，就要挖到地下5.5公里深处，这个深度，即便高放核废物的外包装破损，放射性核素开始迁徙，那么它要突破这么厚的地层到达地面，也至少需要几万年的时间了。

从这个技术转化而来的，还有岩石熔融的技术探索，简单说就是在地下几公里的花岗岩里掏一个空洞，把核废物（比如废水）倒进去，然后封闭这个洞。核废物不断的发热，沸腾，预计在长时间之后，岩硐周围的岩石就不断融化，最终核废物就和岩石融合在一起。

第二条路的典型代表是法国。

法国的思路是，几十万年太久了，保不齐会发生什么事，不如我现在先把这些废料处理一下，比如把乏燃料里的还能用的核燃料分离回收，这样减少了高放核废物的总量；然后我用加速器产生的质子流来轰击核废料，使之发生嬗变反应，变为半衰期较短的核废物。这之后我再把它深埋，安全性就好多了。

具体到我们中国，我们现在的战略应该是更类似于法国的，但是这条路技术难度很大，目前还没有完全攻克，而且成本很感人能不能来得及处理掉源源不断产生的高放核废物是它需要解决的最大的问题。实际上，目前世界上只有法国俄罗斯日本韩国还有咱们这几个国家在进行这方面的研究，而中国则是世界上首个开展ADS系统大工程项目研制的国家。16年12月中核工业的微博蓝V号放出的那个“太过先进，无法展示”的新闻，说的就是这个东西。

而按照我朝两条腿走路的稳妥性格，美国这条路，我们也没有放弃，本次的新闻也足以证明这点。85年的时候咱们国家就开始到处选址做深岩洞处置的准备，最后终于定下在甘肃的北山修建一个高放核废物处置库，目前应该已经在修建，但是什么时候建成？消息很少。我们知道的信息只有原计划的时间表——试验室研究开发和处置库选址阶段（2006－2020）、地下试验阶段（2021－2040）、原型处置库验证与处置库建设阶段（2041－本世纪中叶）。

其实从全球来看，目前核废料的处理都是个大难题，自从不让往海里倒核废料之后，美国的核电站只能和我们一样把高放核废物存在硼水池子里，尤卡山处置库被叫停之后，美国的核电站硼水池子都快塞不下了。咱们国家总的来说核工业起步比较晚，核电还没有太大的规模，压力相对于美国要小很多，但是目前国家正大力提倡核电发展，那么这个问题就必须要解决。而美国的深埋法，和法国的后处理法，具体哪个能率先实现商业化实用，还不得知。

最后我想借用果壳网友冰巫妖的话作为结尾：我们运用核能的时间还远不及核废料的半衰期长，目前关于核废料的处理依然是走一步看一步……

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