核废料的长远未来

1956年10月一个阳光明媚的日子，女王伊丽莎白二世在英国坎布里亚海岸启用了英国第一座核电站:考尔德厅。该电站运行了47年，是最早为家庭用电生产电力的电站之一。但这场始于海边一个阳光明媚的日子的技术革命，却给英国留下了核废料的长期遗产。60多年过去了，如何处理它的挑战依然存在。

在第一千瓦的核能发电之后，世界已经做好了改变的准备。科学家、政策制定者和公众都相信，这项技术可以以前所未有的效率为世界提供能源，同时产生的浪费很少。世界各国开始建造更多的核设施。

在1956年到1986年的30年间，全世界建造了几十座核电站。真正的繁荣发生在20世纪70年代，当时平均每年有25到30个新工地开工。但在1986年，切尔诺贝利事故让事情暂停了。一些国家，如意大利，完全关闭了剩余的核电站，直到今天，所有的核电站都关闭了。其他国家则继续在这些地方进行试运行，尤其是在东欧和亚洲，几十个工厂已经开工建设。然而，这些年来，其中一些项目突然被取消了。

2011年也是该技术的黑暗之年。在大地震和海啸导致日本北部福岛第一核电站发生严重事故后，全球核能生产趋势放缓。在一片争议声中，日本关闭了大部分反应堆。核电曾经占全国电力的31%，但到2015年，这一数字为零。事故发生后，德国也做出了强烈反应，在2011年至2017年期间关闭了超过一半的核电站。该国的目标是在2022年之前关闭所有发电厂，但由于对俄罗斯的制裁造成能源限制，总理奥拉夫·肖尔茨决定延长三座发电厂的使用寿命。然而，该国计划在2023年停止所有核电生产。

绿色工具

但并非所有人都放弃了核能。尽管发生了切尔诺贝利和福岛核事故，但包括美国、法国和瑞典在内的许多国家都投资于比其他形式的能源生产更清洁的碳排放技术。这就解释了为什么直到今天，在全球范围内，核能发电量年复一年地不断增加。到2021年，核能将占法国电力的70%，瑞典40%，英国15%。随着人们对气候变化的担忧日益加剧，未来可能会出现另一个180度大转弯，这一次，核能可能会再次流行起来。

核废料的寿命将达到1万到10万年

欧盟最近将核能列为可持续能源，为进一步投资铺平了道路。的英国的能源安全战略报告强调了对核能的再投资，计划到2020年在英国本土建造多达8个新反应堆。甚至像日本这样的国家也在重新考虑他们的反核战略，并将在考虑建造新一代反应堆的同时重启核设施。

但如果目标是到2050年实现碳中和，那么新的核能能起作用吗?来Friederike薯条奥地利维也纳自然资源与生命科学大学的一名研究人员说，时间已经过去了。他说，抛开核电的风险和核电的经济效益不谈，现在就太晚了。她还说，要在本世纪中叶实现净零排放，建造新核电站并不可行，因为建造一座反应堆需要很长时间，同时又缺乏同时建造所需的多个反应堆的能力。

然而，其他人则将核能视为更广泛的降低碳排放战略的一部分。他说:“我觉得，要对抗气候变化，核能可能是一个选择。约翰•Gariel他是法国辐射防护与核安全研究所副所长。但他提出了核废料的问题:“核废料的寿命将达到1万到10万年。我认为它可以安全地保存一两代人，但100年后会发生什么呢?1000年?没有人知道。这是个大问题。”

核能是否会在对抗气候变化中发挥关键作用尚不确定。然而，可以肯定的是，自20世纪50年代以来产生的数百万立方米核废料需要处理。由于核废料对生态系统造成的风险，工业需要对其进行安全管理和储存。尽管核能已经存在了几十年，但永久储存核废料的沉积物还没有出现。

什么是(和不是)核废料

说到核废料，你可能会想到盖子上漏出发光液体的钢铁容器——但我们要把这种描述归咎于荷马·辛普森。核废料的荧光性要低得多，而且要复杂得多。

核工业产生的大多数废物是低浓度的，更容易处理

核废料的广义定义是受放射性污染或本身具有放射性的废物。各国对核废料分类的方法略有不同，但根据经验，区分每种类型的方法之一是通过放射性以及核废料不安全的时间。低水平废料只受到轻微污染，比如核电站工人使用的工具和衣服。核工业产生的大多数废物是低浓度的，更容易处理。

核设施也会产生高放射性废物，尽管数量要小得多。例如，在法国，每个居民每年产生的2公斤放射性废物中，只有10%是高放射性的，被认为是高水平废物。高放射性废物中的大多数放射性核素(释放辐射的不稳定元素)会在头1000年里衰变，而有些则会持续数万年到100多万年。但高水平废物是什么样子的呢?大部分是用过的核燃料棒和核电站退役后的部件。高放射性废物目前储存在世界各地的数百个地点。这并不是一个明确的解决方案，而是在我们等待的时候管理浪费的一种方法。

“在英国，就像在法国一样，我们把高水平的废物玻璃化，基本上把它们储存在玻璃桶里。所有这些酒桶都在塞拉菲尔德的一个储存设施里，几乎都满了。卡尔特拉维斯他是英国谢菲尔德大学核废料处理专业的讲师。

除了低水平和高水平废物之外，还有中间废物，在它们仍然有毒的情况下，还需要妥善处理。塞拉菲尔德是西欧最危险的地方之一，目前储存了大量高水平和中等水平的废物:足以填满27个奥运会规模的游泳池。

许多长期存在的核“废物”是乏燃料，可以进行再处理并再次使用，但并非所有国家都这样做。例如，美国不进行任何再处理，而是将数吨的乏燃料储存在全国75个地点。另一方面，法国和英国对大部分乏燃料进行再加工。为什么美国不重新处理他们的乏燃料是一个政治问题。尽管如此，从技术上讲，乏燃料不是核废料的事实仍然存在，但一些国家却将其作为核废料来处理。

由于核废料形式各异，核工业制定了各种策略来管理和处理每一种废料。

管理毒性较小的产品

想象一个长满绿草的山谷，后面是诺曼底的海岸线。这是一个垃圾填埋场，但不是常见的那种。地下埋藏着50万立方米含有短寿命放射性核素的中低水平核废料。

从1969年到1994年关闭，法国一直将废物存放在Manche处置设施。在此后的近30年里，当局一直在密切监测其周围环境，以评估是否有任何污染。盖里埃尔解释说，这项工作对确保公众安全至关重要，同时也是为了提高透明度。他说，只要一谈到核能或核能，公众就会非常敏感。这就是为什么进行这些测量并让公众能够接触到它们是非常重要的，”他补充道WEBTELERAY这款免费应用可以让人们随时了解法国境内的辐射水平。

尽管这些废物被泥土和草覆盖着，但这被认为是表面沉积，应该会持续约300年——这段时间内废物不再具有危险性。另一个地面场址正在建设中，将保护同一类型的废物。这是一些处理低放射性废物的计划。然而，与诺曼底安静的草地形成鲜明对比的是一个更有争议的计划，它发生在以东数千公里处。

在日本，当局最近批准将福岛核电站处理过的废水排入大海，这引起了当地人、科学家和环保机构的愤怒。2011年，事故发生后，工作人员不得不用水冷却反应堆，防止进一步损坏。在现场，他们不断收集废水并将其储存在数百个水箱中，现在这些水需要去某个地方。

盖里埃尔解释说，这种排放物并不像一些人想象的那么危险。他说，将释放的活动水平将与事故发生前的活动水平处于同一数量级。他说的是核电站标准运行中定期排放的放射性核素。他补充说，水箱中的物质会被稀释，当它进入海洋时，活性水平将非常低……与15年前相当。

然而，他理解当地人的担忧，尤其是那些在渔业工作的人。由于这些人几年前就不得不停止工作——事故发生后当局停止了捕鱼活动——他们现在担心市场和顾客会认为福岛当地的鱼类和食品有毒。“我想说，这更多是一个社会问题，而不是一个科学问题。我可以很容易地理解当地社区的立场。一场事故发生了。信任丧失了。所以现在，这是一个社会问题。

摆脱最有毒的东西

特拉维斯说:“在我们到达这里之前，我们已经考虑过各种各样的事情:把废物送入太空，把它们放在(构造)俯冲带……所有这些都因为各种原因在国际上被拒绝了。”所以我们在地质处置方面基本达成了共识。”

地质沉积物(也称为GDF)是一种地下场所，高浓度废物可以在这里沉积数百至数千年。一个工地需要在高度危险的情况下安全储存废物。它有几百米深(有时可达1公里)，由多种材料分层，以防止泄漏到地下生态系统。

GDF用于循环地下水。特拉维斯解释说:“因此，几十年来所有巨大的研究工作都在进行，目的是试图建造多种工程屏障，在不进入生物圈的情况下，抵御或应对循环地下水。”

凯瑟琳•莫里斯他是核废料服务研究支持办公室主任、曼彻斯特大学教授，致力于了解放射性元素在地质储存库等环境中的表现。她解释说，她的工作表明，在人造的非自然环境中，如GDF，放射性核素的流动性通常非常低，这意味着放射性核素运输的风险似乎也很低。

虽然这听起来很简单，但在地面上挖一个看起来像巨大的洞来储存核废料需要大量的金钱、时间和政治工作。这三个因素解释了为什么在目前运行核反应堆的30多个国家中，只有一个国家接近完成高放射性废物的储存:芬兰。

的芬兰网站非常庞大．在多年的运营中，它将总共有大约100条隧道，总长35公里。该设施看起来像一个巨大的地下钢和混凝土网络，沉积隧道分布在广阔的地下地形上。每条隧道将容纳大约30个废物罐，在该地区工作的当地公司Posiva计划在2025年前存放高放射性废物和乏燃料。

他们花了40年才达到现在的水平。所以，这是一个非常缓慢的过程佩内洛普·哈维他是曼彻斯特大学的社会科学家，同时也是政府放射性废物管理委员会的成员。“他们投入了大量资源，让社区自己做科学，让社区自己排除在外。”

社区在大型工程项目中扮演着至关重要的角色，因为在一天结束时，一个场地需要一个位置，而这些位置往往离人们的居住地很近。桥梁和铁路等新的基础设施也有自己的困难，但带有核标签的项目面临着完全不同的挑战:恐惧。

他说，围绕核的意象太像世界末日了。电影，战争场景;它与军队和国家权力的联系，”哈维解释道。历史和好莱坞给人类对“核”的认知打上了烙印。这可以解释哈维在与社区讨论这个问题时发现的不同意见。

她解释说:“有些人宁愿把垃圾放在他们能看到的地方，因为他们对当局将要采取的措施感到焦虑。”哈维补充说，另一组意见侧重于将废物放在地质处理中，但使其可回收。所有的场景都会引起关注。

尼古拉斯Mullner自然资源与生命科学大学安全与风险科学研究所所长，他理解这种担忧。“这是合理的，特别是对于高水平的废物。但要从沉积物中回收废物并不容易。”

社区问题

由于这个问题如此复杂，富裕、技术先进的国家在决定在自己的后院做什么时遇到了很多困难。英国在50年前开始认识到核废料的问题，但直到现在，仍未能提供最终设施。美国也在苦苦挣扎。他们在20世纪80年代末启动了尤卡山项目，这是一个解决该国日益堆积的核废料的倡议。然而，由于公众的强烈抗议，该项目只剩下了争议(以及一个130亿美元(110亿英镑)的地洞)。这两个国家和其他几个国家似乎缺乏的是在不引发当地愤怒的情况下解决社区问题的方法。

“直到2008年左右，(英国政府)才真正开始寻找一个可能愿意(举办GDF)的社区，一个志愿者社区。所以在那之前，有各种各样的尝试，但政府会决定:我要把它放在那里。然后出现了大规模的抗议活动。”

所以现在，策略不同了。通过与社会科学家合作，英国当局为讨论核废料以及与此相关的恐惧和想法创造了空间。对哈维来说，这些对话是必要的，因为“不信任是绝对不可避免的，它非常强烈，而且已经存在了。”

到目前为止，在英国四个社区开展的工作看起来很有希望，但最终的地质处置设施仍然很遥远。莫里斯补充说:“我认为我们只需要保持势头，注意到对高活性放射性废物进行地质处理既是一个技术问题，也是一个社会问题……在本世纪中叶左右是一个很好的目标。”

来自英国核退役管理局(Nuclear Decommissioning Authority)的信息表明，到2040年，一个用于处理中间废物的GDF将准备就绪。然而，一个存放英国所有高放射性废物的地点应该需要更长的时间。日期指向2075年，预计会推迟——从现在开始将近50年。由于核设施充满了废物，一些学者正在研究更快的策略，比如深钻孔。

深钻孔与地下高放射性废料多层沉积的原理相同。然而，有两个关键方面发生了变化:足迹和深度。虽然gdf在地下的足迹很大，但深钻孔却没有那么宽。根据特拉维斯的说法，如果我们考虑到英国所有的玻璃化高水平废物，估计足迹将不到三个足球场——与芬兰35公里长的仓库相比，负担更小。在深度方面，gdf计划深入地下400-1000m，深钻孔设计深度可达4公里。这两个不同之处使得打深井更快。

特拉维斯补充说:“如果在英国钻一个钻孔，我们可以将高放射性废物的处理时间至少提前35年。”然而，钻孔并不足以储存英国所有的垃圾。他总结道:“我们国家仍然需要GDF，不管有没有钻孔，因为我们有太多的中等水平的废物，这是不合适的。”

要管理高放射性核废料，没有完美的解决方案，也没有灵丹妙药。每种策略都有一组警告，而且这些警告还在不断增加。也许科学界之所以如此坚定地同意将核废料储存起来，是因为真的没有其他快速解决办法——至少目前是这样。

现代炼金术

嬗变——将放射性废物，即小而剧毒的成分，变成更无害的东西——是一个古老的梦想。其目标是将长寿命的放射性核变成更稳定的核，降低污染的风险。有几个国家尝试过，但都无济于事。

根据德国核废料安全管理联邦办公室委托的一份专家报告，这个梦想仍然停留在理论上。据该报告的合著者弗里斯说，未来还有几个挑战。首先，研究人员需要新的反应堆和再处理厂来成功地将长寿命的原子核转化为短寿命的原子核。然后，还有物理和化学的问题。“如果你想分离次要锕系元素，它们有非常相似的特征。例如，它们处于不同的氧化阶段。但您的流程并不是对所有这些都有效。这些问题需要在实际实验中解决。

我们储存了60年，难道我们不能继续储存吗?

目前，比利时有一个名为MYRRHA的研究机构处于第一测试阶段。Müllner表示，MYRRHA多用途反应堆将让科学家进行嬗变实验，得到的数据将对研究进展至关重要。然而，反应堆还需要一段时间才能准备就绪，估计要到2036年。然后我们可以做测试，我们必须评估结果。这不是明天就会发生的事情，”Müllner总结道。

因此，虽然嬗变在未来还有很长的路要走，但专家们一致认为，将核废料储存起来是一条正确的道路。距离坎布里亚海岸10月的温暖日子过去了近70年，是时候咬紧牙关了。

“人们会说，‘哦，好吧，我们储存了60年，难道我们不能继续储存吗?莫里斯说。她的回答是不，不完全是。她认为，我们应该有一个核废料的处理途径，这样我们就不会用我们制造的材料给后代造成负担。“我们认识到，在英国，我们正处于一个势头正在积聚的阶段，我们有一个很好的机会，可以与志愿者社区正确地处理GDF的发展，并朝着当地人接受的设施迈进。”这将有助于管理这些遗留废物。”

Bárbara Pinho是葡萄牙波尔图的科学作家

2023年3月14日更新，更正了整篇文章中Jean-Christophe Gariel的姓氏。