日本不顧反對排放核污水，芬蘭嘗試另一種“更可行的”核廢料處理方法

日本政府不顧國內外的反對，開始對福島第一核電站核污染水陸地排放設施進行試運行，引來國際社會一片聲討，這一全球災難讓人不禁思考，難道真的沒有更好的辦法了嗎？顯然有——芬蘭正在計劃將核廢料掩埋10萬年，一位核材料講師稱：“這是我們這一代科學家和工程師的責任，承擔處理廢物的挑戰，而不是把它留給子孫后代?！?/strong>

用20年為核廢料建造巨大墳墓

“Onkalo”是芬蘭語，意思是洞穴或洼地。它暗示了一些大而深刻的東西：你不知道Onkalo在哪里結束，或者它是否結束。對于芬蘭近20年來建造的一座巨大墳墓來說，這個名字再合適不過了——Onkalo位于該國西南部奧爾基洛托島450米深的基巖內，是世界上第一個永久儲存乏燃料的地點。

【資料圖】

奧爾基洛托有三座核反應堆，并排矗立在海邊。第三座今年才投入使用，成為西歐15年來第一個提供電力的新反應堆。這些反應堆，以及位于南海岸洛維薩的另外兩個反應堆，為芬蘭提供了33%的電力。在距離奧爾基洛托反應堆幾分鐘車程的地方，世界上第一座用于處理乏燃料的地質處置設施（Geological Disposal Facility ，GDF）即將完工。

Onkalo的設計目的是儲存高放射性核廢料，這些廢料在人類難以想象的時間尺度上仍具有放射性。Onkalo的建造成本為10億歐元，預計將在大約2年內開始運營。它的到來被包括國際原子能機構（IAEA）在內的許多機構譽為“游戲規則的改變者”。國際原子能機構總干事拉斐爾·馬里亞諾·格羅西（Rafael Mariano Grossi）在2020年訪問該地點時評論說：“每個國家都知道為高放射性核廢料建立地質儲存庫的方法，但只有芬蘭做到了?！?/p>

赫爾辛基大學放射化學教授佳里斯·勞（Gareth Law）沒有參與芬蘭的項目，他表示，包括英國、美國、瑞典、法國和加拿大在內的其他國家已經在尋找類似的解決方案?！胺姨m至少比其他國家領先十年?！?/p>

目前，核能提供了全球約10%的電力。由于低碳，它被許多人視為對抗氣候變化的重要參與者。但由于成本高、建造時間長，對核反應堆安全性的擔憂以及如何處理核廢料的懸而未決的問題，它在許多國家仍然存在爭議。國際原子能機構估計，截至2016年，全球大約有26萬噸乏核燃料處于臨時儲存狀態，其中大部分在反應堆場地。世界上大約70%的乏燃料存放在儲存池中，其余的存放在被稱為干桶的鋼筋混凝土容器中。很少有人相信這種情況可以無限期地維持下去。

英國謝菲爾德大學（University of Sheffield）核材料講師劉易斯·布萊克本（Lewis Blackburn）表示：“60多年來，我們都受益于核能?！薄?strong>我們這一代科學家和工程師有責任承擔處理廢物的挑戰，而不是把它留給子孫后代?！彼f，Onkalo得到了公眾的支持，是通過民主程序創建的?！斑@是一個特殊的、巨大的里程碑。芬蘭為世界樹立了成功合作和與公眾透明溝通所能取得成果的榜樣?！睅资陙?，科學家們一直在努力解決如何處理高放射性核廢料的問題。乏燃料是最難管理的廢物之一，因為它非常危險。布萊克本說，它產生的輻射水平可能會給附近的人帶來致命的劑量。

Onkalo真的是第一個嗎？

芬蘭是第一個建立GDF來儲存民用乏燃料的國家。

美國已經有一個用于國防用途的處置場所：廢料隔離試驗工廠（Wipp），位于新墨西哥州的一個地下鹽層中。然而，Wipp儲存的材料與Onkalo截然不同：一種來自美國核武器研究和生產計劃的特殊廢物，而不是乏燃料棒。

根據佳里斯·勞的說法，科學界的共識是，在像Onkalo這樣具有穩定巖層的專門設計的儲存庫中進行數十萬年的地質處置，是處理乏核燃料的“最可行的方法”?！拔覀冇泄こ探鉀Q方案，可以向下挖掘和挖隧道，把廢物放下去，然后在周圍筑起屏障?！?/p>

芬蘭輻射和核安全局的結論是，Onkalo基巖的特點有利于確保乏核燃料最后處置的安全。和芬蘭其他地區一樣，Onkalo的地質非常穩定，地震的風險很低。芬蘭放射性廢物管理公司Posiva的首席地質學家約特森（Antti Joutsen）解釋說：“Onkalo的巖石是混合巖片麻巖：在一塊巖石中混合了兩種不同的巖石類型?！薄八鼛缀跤?0億年的歷史，非常堅硬?！边@一點很重要，因為巖石是處置概念中的三大安全屏障之一。它還必須足夠穩定，以便在地下深處建造沉積隧道和洞。

佳里斯·勞說，Onkalo的選址也與核電站的區位有關。他補充說：“在核能投資方面，世界各地的問題之一是鄰避主義，即‘不要在我的后院’?！薄胺姨m這個地區的人們已經在家門口擁有了核能，并接受了它。所以把垃圾放在這里對他們來說并不是什么大膽的嘗試?！?/p>

據悉，Onkalo將在不進行再處理的情況下接收乏燃料棒。一些科學家表示，后處理——從乏燃料中分離钚和鈾的過程，從而產生可重復使用的核材料和高放射性核廢料——通過減少剩余廢料的總量，將使它們更安全。世界上大約三分之一的核廢料經過再處理可以玻璃化（變成玻璃）。但其他人表示，再處理增加了核恐怖主義的風險。從長遠來看，玻璃化的廢物也會在與地下水接觸時溶解。為建造和運營Onkalo而成立的Posiva公司表示，再處理在技術上要求很高，而且成本高昂。Posiva的研發協調員約翰娜·漢森（Johanna Hansen）指出，它還會產生一定數量的高放射性廢物?！耙虼?，無論如何都需要一個處理設施?！?/p>

Onkalo儲存庫基于瑞典核燃料和廢物管理公司與Posiva合作開發的KBS-3V概念。這個想法是在核廢料周圍建立三個屏障：首先，把它放在銅罐中，然后用膨潤土（一種吸水粘土）包裹罐子，最后，把它們埋在基巖深處的隧道里。

漢森已經在這個項目上工作了20多年，她說：“首先，我們將把乏燃料棒放入一個由兩部分組成的處理罐：內殼由鑄鐵制成，外殼由5厘米厚的銅制成。然后在罐子上焊接一個蓋子，罐子被運送到處置設施的一個儲存區域。一旦場地準備就緒，這些將被轉移到地下450米的沉積隧道，在那里進行最終處理?！?/p>

到目前為止，已經建成了5條沉積隧道，長度均為350米。隨著這些隧道被填滿，未來幾年還將建造另外85條。每條沉積隧道的底部都有大約40個垂直圓形洞，每個洞深8米，寬2米?？偣部梢蕴峁?000個罐子的空間，每個垂直的洞裝一個罐子?！八鼈兛偣材苋菁{5500噸垃圾，”約特森說，“因此，Onkalo將接收芬蘭五座核電站在其整個生命周期內產生的所有高放射性核廢料?！?/p>

乏燃料的最終處理將在未來幾年的某個時候開始。Posiva估計，該儲存庫需要100—120年才能完全填滿。到那時，整個設施將被封鎖，讓這些毒氣罐在不受干擾的情況下存放至少10萬年，使其致命的放射性物質與外界隔絕。

盡管這里發生地震的風險很低，但地震活動已經被考慮在內，約特森說?！霸诮酉聛淼?00萬年里，將會有幾個冰河期，它們將帶來地震的風險。Onkalo頂部將有2—3公里厚的冰蓋，將地殼向下推數百米。Onkalo的建造就是為了抵御這種情況?！彼a充說，當冰河時代結束時，地殼將再次開始上升——這時可能會發生地震，地震的力量會使氣罐破裂?！盀榱朔乐惯@種情況發生，我們將它們放置在盡可能好的位置：處理孔位于基巖的未破裂部分?！?/p>

如何安全長期管理放射性廢物？

GDF并不是唯一被提出的安全長期管理放射性廢物的想法。例如，挪威正在考慮深鉆孔處理，在這種情況下，廢物將在不建造隧道的情況下，在更深的3500米的薄鉆孔中被放入罐子中儲存。也有人提出了其他一些幾乎不可信的選擇，比如用火箭把核廢料送入太空，或者把它們放在俯沖帶——大洋板塊俯沖于大陸板塊之下的構造帶。

盡管如此，繼續探索替代方案還是有意義的——尤其是因為一些科學家對芬蘭的做法感到擔憂。Posiva說，它的理論和實驗室研究表明，Onkalo將提供長期的核廢料保護。但也有批評人士擔心在Onkalo中使用的KBS-3V處理概念的安全性。

KBS-3V基于多屏障原理：乏燃料被包含在三個保護屏障中：銅罐、膨潤土粘土和基巖。最重要的屏障是銅罐，Onkalo假設銅在厭氧條件下不會被腐蝕。但瑞典皇家理工學院（KTH）的研究人員對非合金銅罐的耐腐蝕性提出了質疑：他們說，他們的實驗表明，即使在厭氧條件下，銅也會被腐蝕。斯德哥爾摩皇家理工學院的化學家皮特（Peter Szakálos）說：“你可以用膨潤土和巖石填滿隧道，但水會不可避免地進入隧道，腐蝕銅的速度比理論模型預測的要快得多?！逼ぬ卣J為，在100年內，腐蝕裂縫可能會破壞Onkalo的許多罐子。

在進行了自己的腐蝕研究后，Posiva駁斥了這些說法。一篇由Posiva科學家和獨立專家撰寫的論文得出結論，“在儲存庫條件下，銅殼被認為不太可能發生應力腐蝕”。它還認為，在實驗室的實驗條件下觀察到的腐蝕與Onkalo地下450米的條件無關。

這種相互矛盾的證據推遲了在瑞典建立一個基于與Onkalo相同的KBS-3V概念的儲存庫的計劃。但在2022年1月，瑞典政府為在斯德哥爾摩以北約130公里的Forsmark地區建設GDF開了綠燈——在漢森看來，這一發展應該可以平息銅的爭議。漢森說：“我們有一個強大的、多屏障的概念，我們已經為未來100萬年可能發生的情況做好了準備?！薄袄?，我們研究了如果一個罐子在早期開始泄漏會發生什么，如果粘土安裝錯誤會發生什么，如果隧道中有更多的水，水的化學成分與我們預期的不同會發生什么。我們的風險評估結果表明，我們是在安全的一邊?！?/p>

Onkalo和擬議中的瑞典項目的目標都是保證放射性廢物至少安全10萬年。約特森說：“我們正試圖建造一種比智人存活的時間還要長的東西?！薄皶r間跨度令人難以置信?！碑斣O施被填滿時，隧道將被封閉，地面建筑將被拆除，土地將被修復?！澳抢飼袆游?、樹木和植物，還有房子?！奔s特森說。他說，如果他活到120歲，他會很高興在Onkalo買一塊地。

此外，還需注意的是，社會科學家們一直在努力應對這樣的挑戰：如何與人類，或在遙遠的未來可能追隨我們的任何生物溝通，以警告他們我們留下的危險。關于標記Onkalo的一個討論集中在試圖找到一個普遍理解的危險信號，以防語言在未來消失。然而，決策者和研究人員目前的想法是根本不去標記Onkalo?！昂蟠恍枰肋@些，”約特森說，“它是那么深，那么偏僻。這里會有很多銅和钚，一個標志可能會鼓勵人們開始挖掘，把它們找回來。有點像被盜墓賊洗劫的埃及金字塔?！?/p>

不過最終決定還沒有做出。不用著急，因為這個設施將會開放100到120年。赫爾辛基大學化學系講師考皮（Marja-Siitaru Kauppi）說，重要的是要從人們可以理解的角度來看待關于標記遺址的爭論。她經常提醒赫爾辛基大學的學生，放射性是大約120年前才被發現的?！拔覀儸F在談論的是未來幾十萬年可能發生的事情。我們甚至不知道未來一百年會發生什么?！笨计け硎?，她“非常有信心”芬蘭在Onkalo問題上做得很好，但她認為大門仍應向其他解決方案敞開?！霸谖覀冎罂赡軙懈斆鞯娜藢θ绾翁幚砗藦U料有新的想法。他們可能會發明更好的東西。我們現在只需要盡我們最大的努力，利用我們現有的基于誠實研究的知識?！?/p>

新聞來源：BBC，部分圖片來源于網絡

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