科学家提出用钻孔深埋法处理高危核废料
时间:2017-12-07

  科学家提出埋葬高风险核废料的埋葬方法 - 新闻 - 科学网

  世界上最棘手的放射性物质之一藏在华盛顿州南部重要的原子能研究中心汉福德附近的一片老化的煤渣砖建筑中。它静静地躺在水池底部,有着奇特的蓝色光芒。大约两千五米半的钢瓶里充满了高放射性的铯和锶,用来制造核武器的钚的残余物。在活性核反应堆堆芯之后,这些残余物被描述为美国最致命的单一辐射源。

  美国能源部(DOE)是核废料的拥有者,如果这个池被大地震等因素缩短,后果可能是灾难性的。几十年来,联邦政府一直在如何处理这些钢瓶头痛。它希望能为国内所有高水平的核废料找到一个永久存在的永久存在的地方,但这项工作毫无头绪。

  虽然双重遏制,但禁区不安全。华盛顿州在2013年宣布,在汉福德至少有六个含有核废料的地下储罐发放放射性和有毒废物。美国能源部督察备忘录显示,8月初从AY-102两个安全壳之间的环形区域的底部发现了高​​放射性化学废物,其中含有约2.12亿公顷的核废料浓度升高。汉福德已经有67个遏制物泄漏了超过380万升的核废料进入土壤,但这些都是旧的单一遏制。作为更先进的安全措施,双层安全壳采用两层钢板,壳体为壳体,提高安全系数。

  目前,科学家们提出了另一种新的解决方案:将这些钢管放入深孔中。这种被称为深孔钻削的方法要求在地壳坚硬的岩石上钻一个43厘米宽,5公里深的孔。然后,工程师将核废料容器装入最深的2公里,用混凝土和土壤填埋孔,使废物悄悄腐烂。

  地下深处

  事实上,科学家们几十年前就提出了这个想法,但是这一切在不久的将来都被抛弃了。过去五年来,随着钻井技术的提高,其他核废料管理方式在政治上或技术上的失败,钻井开始重新获得牵引力。在钻探研究方面,美国能源部资助了近8000万美元的大规模现场测试,资金很少或没有。今年早些时候,美国能源部部长欧内斯特·莫尼斯(Ernest Moniz)在一次重要演讲中提到了钻井战略,认为这将在汉福德核隔离区处理铯和锶。

  麻省理工退休教授,核电工程师Michael Driscoll博士是该计划的支持者之一,他表示说,钻井是第二种选择,而且这些年来错过了机会。也许现在是时候了。

  但是,许多核废料专家对此持怀疑态度。他们认为要应对的技术挑战是艰巨的,钻探不会结束政治反对建设新的核废料设施。自然资源保护委员会(NRDC)的律师Geoff Fettus说,我认为钻井战略引起了人们的注意。该组织要求美国能源部放弃在内华达尤卡山地下填埋核废料的计划。

  然而,一些怀疑论者也表示,在目前的核废料陷入僵局的情况下,钻探计划提供了第二个观点,至少对于汉福德的困难气瓶来说。

  如果我们能够处置一些核废料也是一件好事。乔治华盛顿大学国际科学和技术政策中心国家核能委员会前地理学家,前地理学家艾莉森·麦克法兰说,我们必须在一些领域取得一些进展。

  如果一个人因为帮助修复美国的钻探学习而受到尊重,那么这个人就是德里斯科尔。他现年80岁,花了超过25年的时间悄悄地探索在花岗岩基岩中储存放射性物质的潜力。

  德里斯科尔并不是第一个提出自20世纪50年代以来,钻探已经开始超越其他核废料处理技术的想法。但具有讽刺意味的是,当德里斯科尔开始对钻探感兴趣的时候,美国政客们认为他们已经解决了这个麻烦。 1987年,经过多年的激烈辩论,国会批准在拉斯维加斯西北约110公里的尤卡山建立一个最先进的核废料处置库。作为这个决定的结果,美国钻探研究的大部分资金已经蒸发。

  迎来机遇

  但是Driscoll没有被封锁。他认为漏洞比单个大型设施具有潜在的优势。因此,德里斯科尔和一些学生仍然很难研究钻孔的成本和技术可行性,即使工程师已经开始计划尤卡肯核废料处置库,也发表了大量的论文。

  在他们探索的情景之一,乏燃料将被放置在一个细长的容器,像香肠串绑在一起,放在一个洞。支持者认为,如果将放射性物质置于合适的深层岩石中,放射性物质将会非常安全:古老的花岗岩很少或没有裂缝,可以使放射性物质穿透地下水或漂浮在地表。周围的岩石和盐水会消散废物产生的热量。

  此外,3公里处每个洞的顶部将覆盖一层混凝土,砾石和膨润土的蛋糕状物体。美国能源部桑迪亚国家实验室(DOE Sandia National Laboratory)的科学家们估计,该国所有高水平的核废料可能会填充700至950个孔,每个孔的成本约为4000万美元(不包括运输成本)。

  钻井技术迎来了2010年的第一次重大转机,当时奥巴马总统宣布放弃经过多年拖延并遭到州政客反对的尤卡山项目。结果,政府开始寻找其他的选择。那年,桑迪亚国家实验室做了一项重大投资:73.4万美元,用于研究空洞中的流体和放射性粒子的可能行为,以及如何最好地处理它们。 2012年,总统委员会提出了更多这样的研究。

  不久之后,莫尼斯成为了能源部部长。作为德里斯科尔在麻省理工学院的前任同事,莫尼兹听说过他的钻孔计划,2003年,两人共同出席了一个论坛,支持这项技术的研究。

  去年三月,白宫的政策改变打开了未来的大门。莫尼兹宣布,奥巴马政府将放弃其先前计划将所有高层次的核废料放在一个地点,而是分别寻找不同的地点处理商业核废料(约占总量的85%)和军事核废料。莫尼兹声称,一些军事核废料,包括汉福德核清除地区的放射性钢管,是深加工的理想人选。

  热土豆

  铯-137和锶-90是核废料中的热土豆,在30年的相当短的半衰期内具有强烈的放射性。在汉福德核子限制区,这两种物质几乎不足以填满皮卡车的后备箱,但却含有1亿多居里放射性,相当于大型核反应堆堆芯放射性的十分之一。它产生足够的热量为200个家庭供电。

  为了避免这些乏燃料管的麻烦,他们被放置在一个大约4米深的类似的大池中,当高能粒子在水中难以击中时,发出蓝色的切伦科夫辐射。美国能源部表示1974年的建筑在过去的30年里一直在守卫这个池塘。

  由于不间断的轰炸,水池的一些混凝土墙部分已经非常薄弱。一些管子也被损坏了。美国能源部在2011年福岛第一核电站事故后对该设施进行了评估,环境管理办公室得出结论认为,如果发生大地震,汉福德核隔离区内所有相关设施的水池都将面临灾难性失败的风险。美国能源部表示计划将核废料转移到屏蔽容器中,但目前还没有公布任何进度。

  这里风险很大。汉福德公司负责民用运营挑战的Tom Carpenter说,该集团对能源部核废料安全工作表示不满。早在2013年,汉福德的禁区就出现了漏洞,他批评能源部监督汉福德管理不善,目光短浅,无能,相关的承包商只能赚取巨额利润。

  钻孔的深孔支持者说,汉福德的管道直径小于7厘米,足以装入一个洞而不需要重新包装,而且他们认为其他的军用核废料也应埋在地下,其中一名候选人是美国能源部从拆解核武器中提取的DOU,目前核废料储存在德克萨斯州一个能源部设施中的垒球大小的金属球中。

  但深钻并不像看起来那么简单。核废料技术评估委员会列出了一系列问题:没有人能够从坚硬的岩石上钻出超过5000米的孔洞。如果一个洞不够平直,核废料容器可能会卡住中途。一旦垃圾被掩埋,很可能很难找回。堵漏的方法还没有完全验证。有许多艰巨的技术挑战。斯坦福大学地质学家委员会主席Rod Ewing说。

  而且即使解决了这些问题,钻井也只能处理国家核废料的一小部分,因为大部分高水平的核废料需要重新包装,才能置于地下。大部分使用的核燃料,这种方法目前几乎不是一个好的选择。美国能源部能源处理研发办公室主任威廉·博伊尔说。 (张章)

  “中国科学”(2015-07-20第3版国际)