臨近年末，工作也逐漸忙碌起來，那么就趁元旦前寫一篇文章，咱們今天就談?wù)勆洗螞]有談的核廢料吧。

核廢料與乏燃料——容易被混同的概念

顧名思義，核廢料，就是核能發(fā)電和其他核動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生的廢料。如同任何燃料燃燒都會(huì)產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物一樣，核燃料燃燒后也同樣會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物，這種產(chǎn)物就是大眾嘴里的“核廢料”。不過，在更嚴(yán)格的定義中，發(fā)電廠產(chǎn)生的用過的核燃料一般稱之為乏燃料，而核廢料的范圍要更寬一些。

那么，就讓我們從源頭說說，核廢料分為哪些來源吧。

一、核材料生產(chǎn)產(chǎn)生的核廢料

我們知道，地球的鈾是來自于太陽系形成以前的原始星云中的其他超新星爆炸產(chǎn)物，在地球中的含量約有百萬分之二，是銀的40倍之多，我們?nèi)粘＝ㄔO(shè)房子的花崗巖，都會(huì)含有少量的鈾。由于花崗巖中的鈾不斷衰變，產(chǎn)生氣體氡氣，因此久居在這樣的氣氛中容易患上肺癌，所以盡量不要選擇花崗巖作為室內(nèi)裝潢，或者在花崗巖地區(qū)建房子。通常來說，當(dāng)石頭里的鈾超過萬分之三，就可以作為有商業(yè)價(jià)值的開采目標(biāo)，更好的一些礦石中會(huì)有千分之一的鈾，更加適合開采。

但是，就算是當(dāng)年美國發(fā)展核武器用的猶他州的高品位鈾礦，其含鈾量也就是一噸石頭開采出3千克鈾的水平，而且其中99.3%都是不可核裂變的鈾238，因此要把能夠裂變的鈾235富集出來形成肉眼可觀的分量就需要特別多的精力和投入。首先，需要將礦石粉碎，然后加入強(qiáng)酸和萃取劑，將鈾礦從其他成分里萃取出來，然后焙燒得到八氧化三鈾。八氧化三鈾是比較穩(wěn)定的氧化物，然后將其溶于硝酸，制取硝酸鈾酰，接著通過和氨氣、氫氣、氫氟酸經(jīng)過一系列反應(yīng)生成六氟化鈾，就可以送入離心機(jī)制取濃縮鈾。最后，把含有較多U235的六氟化鈾（也就是所謂的濃縮鈾）抽出離心機(jī)，將六氟化鈾燒結(jié)成顆粒狀的二氧化鈾陶瓷，包裝到鋯合金的管子里，就制造出了核反應(yīng)堆燃料棒。而作為軍用的鈾濃度更高，通常武器級(jí)濃縮鈾需要高于90%U235，然后去掉氟形成金屬鈾，再加工成精密的球型或環(huán)形的戰(zhàn)斗部，即所謂的“核球”。

從這個(gè)過程可見，從千分之一含量的鈾礦石到最終能夠引爆核彈的約10千克高濃度鈾235球，其中只利用百萬分之七。在這個(gè)過程中，需要大量的水，電，以及硝酸、氨氣、氫氟酸等一系列有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，而在過去環(huán)保意識(shí)尚未深入人心之時(shí)，各國的核工業(yè)工廠都有就地排污的惡習(xí)，導(dǎo)致附近陷入嚴(yán)重的輻射污染。

美國作為冷戰(zhàn)最大的核大國，擁有多個(gè)核彈工廠，其巔峰時(shí)期一年可以生產(chǎn)超過3000枚核彈頭。由于這些工程都是打折“國家絕密”的名號(hào)，禁止新聞報(bào)道，因此這里也濫用這種特權(quán)地位長期非法排污。在工廠釋放的污水和廢氣中，既有硝酸，氫氟酸和氯氣等腐蝕性物質(zhì)，更有含有鈾，钚的放射性污水，導(dǎo)致周邊被嚴(yán)重污染。更為惡劣的是，為了檢驗(yàn)核戰(zhàn)爭時(shí)期人民被核輻射的傷害，美國居然在1950-1960年代多次主動(dòng)釋放漢服德工廠等多個(gè)核材料工廠的放射性氣體，讓周邊數(shù)十萬百姓呼吸放射性毒氣，以檢查他們被污染后的身體變化。因此在美國已經(jīng)公布的非道德人體實(shí)驗(yàn)中，有不少于100萬美國人（主要是軍人、有色人種）遭受了軍方有意的核污染。但是對(duì)于周邊環(huán)境危害最大，持續(xù)最久的，莫過于這些“絕密設(shè)施”的長期非法排污。

上圖所示的美國洛基山核彈工廠就是長期非法排污的慣犯。該工廠長期承擔(dān)钚提純和钚彈芯核彈生產(chǎn)，從1953年建立開始，該廠數(shù)十個(gè)存放放射性材料的罐子就不斷傳出泄漏事故的傳聞，還有多次火災(zāi)和爆炸事故，周邊的環(huán)境也不斷檢出強(qiáng)烈輻射，在1967年一座裝有19000升的钚廢液的設(shè)施泄漏后，當(dāng)?shù)氐妮椛渌匠^安全限制1900萬倍。到了1978年，公眾的反對(duì)越來越強(qiáng)，多次發(fā)動(dòng)示威游行要求該廠關(guān)閉，但是示威者都被軍方以“危害國家安全”驅(qū)散。1979年三里島核事故爆發(fā)后，當(dāng)?shù)亟M織15000人抗議示威，第二天就有286人被捕，該廠依舊逍遙法外。

為了阻止該廠繼續(xù)污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境，當(dāng)?shù)厝罕姲l(fā)動(dòng)大串聯(lián)，組成“洛基山工廠真實(shí)力量”，致力于揭穿他們使用“國家絕密”掩蓋的危害環(huán)境的謊言。1983年，17000名示威者圍成一個(gè)圈，抗議該廠污染的環(huán)境讓這里成為禁區(qū)。但是無論如何，美國軍方和管理核工業(yè)的能源部仍然逍遙在這，以至于1988年還在不斷發(fā)生核物質(zhì)泄漏事故。

最終，美國人的抗議驚動(dòng)了FBI。FBI開始介入調(diào)查該設(shè)施的排污問題，1988年，F(xiàn)BI出動(dòng)間諜飛機(jī)，拍攝了工廠的實(shí)際情況，確認(rèn)里面確實(shí)是有大量未經(jīng)有效管制的設(shè)施，然后他們還派出特工，詢問當(dāng)?shù)厝撕凸と擞嘘P(guān)該廠的實(shí)際情況，終于查明了他們長期忽視安全防護(hù)和非法排污的問題。于是，1989年FBI知會(huì)美國能源部（DOE），說他們要調(diào)查“該設(shè)施遭受的恐怖襲擊安全”，同時(shí)他們還從美國聯(lián)邦法院和科羅拉多州法院獲得了搜查令，協(xié)同當(dāng)?shù)匦l(wèi)生部門一起調(diào)查。由于他們打著“反恐”的旗號(hào)，核設(shè)施不敢阻攔，放任他們進(jìn)了工廠，但FBI和衛(wèi)生部門進(jìn)了會(huì)議室后，立即亮出搜查令，并以他們的武裝控制了核工廠，進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查，結(jié)果獲得大批該廠無視環(huán)保法規(guī)非法排污和不進(jìn)行安全管理的證據(jù)，終于迫使該廠和負(fù)責(zé)運(yùn)轉(zhuǎn)的洛克威爾（B-1轟炸機(jī)承包商）認(rèn)罪。

1992年，該廠被強(qiáng)制關(guān)閉，罰款1850萬美元，是當(dāng)時(shí)美國最高的環(huán)保罰單。由于該廠被查封，導(dǎo)致美國UGM-133三叉戟導(dǎo)彈換裝W88彈頭的計(jì)劃也被迫擱淺，迄今為止美軍只裝備了300枚W88核彈頭，其他的空缺還得用W76填補(bǔ)。

所以說，核武器的生產(chǎn)全流程，是導(dǎo)致現(xiàn)存輻射污染最嚴(yán)重的一個(gè)因素。不過隨著冷戰(zhàn)結(jié)束，軍用核材料生產(chǎn)大幅減少，同時(shí)核材料生產(chǎn)法規(guī)越來越嚴(yán)格，因此生產(chǎn)領(lǐng)域污染如今已經(jīng)難以看到了。

二、核設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的核廢料

就像燃煤鍋爐燒煤后產(chǎn)生煤渣，核反應(yīng)堆發(fā)電后也會(huì)產(chǎn)生乏燃料，這是目前核廢料最穩(wěn)定的來源。每一年，一座百萬千瓦核反應(yīng)堆都需要消耗數(shù)噸的燃料棒，這些燃料棒含有3-5%的U235，消耗到低于0.7%的時(shí)候就不會(huì)繼續(xù)參加核反應(yīng)了，需要拔出更換。因此這些“用過的”燃料棒也被稱為“乏燃料”。

由于核裂變會(huì)讓U-235破碎為多個(gè)小型原子核，因此原先只由U238和U235構(gòu)成的二氧化鈾顆粒，在進(jìn)行裂變后會(huì)變成一堆化學(xué)元素極為復(fù)雜的混合物。

通常來說，核裂變會(huì)產(chǎn)生2個(gè)不均勻的原子，其中一個(gè)原子量接近95，一個(gè)接近137，也有極為罕見的破裂為3個(gè)原子核的。在這些裂變產(chǎn)物中，絕大多數(shù)壽命都很短，會(huì)在短期內(nèi)衰變成其他更為穩(wěn)定的元素，不過核廢料也有不少長壽命核素殘留下來，如未反應(yīng)完畢的U238（半衰期45億年），U235（7億年），吸收中子產(chǎn)生的钚239（2.4萬年），以及裂變產(chǎn)物锝99,（半衰期20萬年），锝98（半衰期400萬年）等，這些核素導(dǎo)致核廢料存放100萬年都會(huì)有輻射性；同時(shí)，一些壽命較短，但輻射性很強(qiáng)的核素則是直接危害接觸者的物質(zhì)，如碘131會(huì)隨著大氣揮發(fā)，然后被人體吸入富集在甲狀腺，讓人患上急性輻射?。ㄟ@就是為何核泄漏要吃碘片的原因，讓人的甲狀腺飽和以拒絕吸收外來的碘131），鍶89和鍶90會(huì)置換人體的鈣，融合在人的骨骼中，使人終生難以擺脫輻射病；還有隨著水體擴(kuò)散的銫137，福島核事故后周邊海魚帶有銫137就是典型例子。因此，核廢料比起未反應(yīng)的核材料和核彈頭更加危險(xiǎn)，一旦泄露危害極大。

所以，我們一般談到的核廢料處置通常都是核電站乏燃料的處置，因?yàn)閿?shù)量最多，而且生產(chǎn)連貫。過去當(dāng)人們對(duì)這東西危害性不了解的時(shí)候，往往會(huì)將其找個(gè)沒人的地方堆放，或者直接丟進(jìn)大海；不過，隨意棄置核廢料和倒入大海都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的問題，如今已經(jīng)沒有這樣草率的處理方式了。

三、乏燃料再處理時(shí)產(chǎn)生的核廢料

由于核反應(yīng)堆用完的乏燃料里可以提煉出核武器的钚239，航天飛船同位素?zé)犭姵氐念?38和可用于醫(yī)用，工業(yè)用的各種輻射產(chǎn)物，因此很多國家都會(huì)對(duì)乏燃料進(jìn)行再處理，分離出他們想要的東西。

在瘋狂的冷戰(zhàn)歲月，從石墨反應(yīng)堆的乏燃料提取钚239是除了中國以外所有的核大國，以及印度，巴基斯坦，朝鮮，以色列這樣的二流核大國制造核武器最常用的手段，蘇聯(lián)更是將生產(chǎn)钚的石墨堆廣泛用于核電站，切爾諾貝利核電站的RBMK就是被設(shè)計(jì)使用天然鈾發(fā)電的同時(shí)大量生產(chǎn)核武器的钚239.憑借著大量的石墨反應(yīng)堆，美蘇（可能還有英法）都儲(chǔ)備了數(shù)百噸的武器級(jí)钚，可以生產(chǎn)數(shù)萬個(gè)核彈頭，現(xiàn)在美國還剩下數(shù)百噸庫存，隨時(shí)可以換為大批核彈頭。但是后處理同樣是個(gè)危險(xiǎn)性極高的工程，由于從反應(yīng)堆的鈾提純钚需要先用硝酸溶解二氧化鈾，然后使用萃取劑分離钚239，再燒結(jié)制造金屬钚，和核材料的生產(chǎn)階段一樣需要大面積排放高腐蝕，高放射的廢水廢氣，對(duì)環(huán)境危害極大。同時(shí)，由于钚本身毒性遠(yuǎn)大于鈾，長期接觸钚或在短期接觸钚，都會(huì)導(dǎo)致身體骨髓、肝腎的永久性破壞。

1970年末，剛剛接任九院院長的鄧稼先就遇上了一次特大事故，空中投放的氫彈未能起爆，直接重重的摔碎在戈壁灘上，這枚核彈頭的核心就是中國極少生產(chǎn)的钚239.為了檢查損傷程度，控制核輻射污染范圍，鄧稼先決定親自去找回破損的核彈核心。但是常年和核武器打交道的他，在此之前已經(jīng)預(yù)料過這很可能會(huì)帶來死亡，因此他參加這次行動(dòng)時(shí)罕見的和其他工作人員一起合影。根據(jù)鄧稼先遺孀許鹿希回憶：

http://www.chinanews.com/gn/2018/07-27/8581701.shtml

茫茫戈壁，兩個(gè)從頭到腳被防護(hù)服遮得密密實(shí)實(shí)的人，站在空曠的核試驗(yàn)場上。即使照片已經(jīng)泛黃，年已九旬的許鹿希仍清晰地告訴來訪者：高個(gè)兒的是已經(jīng)走了32年的丈夫——兩彈元?jiǎng)奏嚰谙?，旁邊個(gè)子矮的是時(shí)任二機(jī)部副部長趙敬璞。

　　1986年7月29日，鄧稼先因直腸癌晚期去世，年僅62歲。鄧稼先去世后的一天，趙敬璞請(qǐng)?jiān)S鹿希到家里，交給一張她之前從未見過的照片。

　　在核試驗(yàn)場留影紀(jì)念是件很不尋常的事情。上世紀(jì)70年代末，一次重要的空投核試驗(yàn)發(fā)生重大事故，核彈沉重地砸在試驗(yàn)場區(qū)的戈壁灘上。通過簡要敘述，許鹿希才得知丈夫生前經(jīng)歷了光彈落地事故。這次試驗(yàn)的核彈，從加工、運(yùn)送到多次投放訓(xùn)練，時(shí)任九院（今中國工程物理研究院）院長、試驗(yàn)總指揮的鄧稼先都親自參與。起初，一切順利。但正式試驗(yàn)?zāi)翘欤鸨诹畎l(fā)出后沒有聽到爆炸聲，一分鐘后沒有見到升騰的蘑菇云——出狀況了。

　　試驗(yàn)失敗，首先要找到彈體，查明原因。在場的除了鄧稼先，還有多個(gè)部門的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，大家都心急如焚。

　　據(jù)鄧稼先司機(jī)回憶，雖然有關(guān)部門立即安排了部隊(duì)進(jìn)場搜尋搶險(xiǎn)，但鄧稼先和趙敬璞連防護(hù)服都顧不上穿好，就從100多公里外的觀測(cè)點(diǎn)坐車直接沖進(jìn)場地，奔赴爆心觀察。可是，他們并沒有發(fā)現(xiàn)碎裂的核彈。

　　晚上，搜尋部隊(duì)傳來消息：碎彈已經(jīng)找到。鄧稼先立刻召集九院各分隊(duì)長開會(huì)，安排第二天進(jìn)場考察，并反復(fù)交待要認(rèn)真細(xì)致地工作，摸清相關(guān)情況。

　　第二天，鄧稼先帶領(lǐng)考察小組分別乘車進(jìn)入爆心，趙敬璞同行。這是兩人第二次進(jìn)入事故現(xiàn)場，防護(hù)措施已嚴(yán)格到位。當(dāng)行進(jìn)到彈落地點(diǎn)時(shí)，鄧稼先才發(fā)現(xiàn)，其實(shí)昨天他們已經(jīng)接近彈坑了。

　　鄧稼先深知碎裂核彈的核輻射將達(dá)到怎樣可怕的劑量，但他顧不上個(gè)人安危，把司機(jī)和趙敬璞留在吉普車上，自己走到彈坑前仔細(xì)查看了彈體。直到他判斷出爆炸原因?yàn)榛?，確定核彈設(shè)計(jì)沒有大問題，才松了一口氣。

　　在鄧稼先的率領(lǐng)和指揮下，進(jìn)入靶區(qū)的考察小組共七人。

　　到達(dá)彈坑后，總體設(shè)計(jì)室主任、試驗(yàn)總體設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人沈中毅把搜尋區(qū)域分為四個(gè)象限，將上風(fēng)口的兩個(gè)象限區(qū)域分給了同組的馮紹曾和栗潤年，自己查看下風(fēng)口。另外兩人只用了半個(gè)小時(shí)就查看完畢離開，而沈中毅則耗時(shí)一個(gè)小時(shí)才查看完畢。

　　值得慶幸的是，那是沒有風(fēng)的好天氣，核彈碎裂后泄露的放射性污染物沒有隨風(fēng)飄散到更廣區(qū)域。

　　回到營地，經(jīng)專業(yè)醫(yī)生測(cè)試，沈中毅等人身上的放射性劑量超過正常值幾百倍，被立即送往青島救治。在場考察的領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)干部、解放軍戰(zhàn)士、司機(jī)，均被安排到各地接受治療。但鄧稼先卻沒有進(jìn)行充分的療養(yǎng)治療。

　　事故發(fā)生幾天后，他回到北京，在307醫(yī)院做了體檢。許鹿希至今清楚地記得，鄧稼先的尿檢指標(biāo)高得可怕，醫(yī)生們覺得沒辦法再做進(jìn)一步檢查。許鹿希提出立即住院或到康復(fù)機(jī)構(gòu)療養(yǎng)，鄧稼先卻以工作太忙沒時(shí)間為由拒絕。許鹿希急得大吵，他還開玩笑說，不上班就沒工資。

　　無奈，許鹿希帶著鄧稼先去北大醫(yī)院中醫(yī)科找到一位熟人。大夫看了檢查結(jié)果，奇怪身體怎么會(huì)敗壞到如此地步，追問是否受到什么大劑量毒品的刺激，兩人都無法回答。

　　鄧稼先心里惦記著查清事故原因，很快就帶著藥回到位于四川三線的工作單位。

　　沈中毅和同事們深入研究自現(xiàn)場帶回的大量資料信息，仔細(xì)查看當(dāng)天影像記錄，反復(fù)進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，終于查明，包傘技術(shù)不規(guī)范導(dǎo)致降落傘不能打開，光彈落地導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。九院的核彈設(shè)計(jì)沒有問題。

在鄧稼先遭受大劑量輻射后，身體狀況每況愈下，最終不幸逝世，年僅62歲。在該次嚴(yán)重事故后，中國就基本未再進(jìn)行過含钚的核爆炸實(shí)驗(yàn)（美國統(tǒng)計(jì)的中國45次核試驗(yàn)這是最后一次空爆實(shí)驗(yàn)中采用钚核心）。既然接觸核彈碎片都有可能導(dǎo)致如此強(qiáng)烈的輻射傷，那么前文中美國生產(chǎn)钚核彈頭的工廠長期非法排污，以及蘇聯(lián)美國長期進(jìn)行的為了提純钚的乏燃料在處理工程，會(huì)導(dǎo)致多少人得上輻射病，就不再多說了。

所以，乏燃料再處理也會(huì)產(chǎn)生大量的核廢料，但比起直接填埋核廢料，整體來說還算是要少一些——前提是采用先進(jìn)的無害化處理技術(shù)。

四、核設(shè)施的拆解產(chǎn)生的核廢料

由于核反應(yīng)堆、離心機(jī)等設(shè)備常年運(yùn)轉(zhuǎn)，強(qiáng)大的輻射會(huì)產(chǎn)生部分設(shè)備材料產(chǎn)生韌致輻射和嬗變，使得它們內(nèi)部甚至外壁都會(huì)帶上一些輻射。同時(shí)，由于部分反應(yīng)堆的冷卻劑會(huì)裹挾一定的輻射產(chǎn)物（如熔鹽反應(yīng)堆、金屬堆、氣冷堆等），而部分壓水堆的反應(yīng)產(chǎn)物也可溶于水（如銫137），會(huì)導(dǎo)致整個(gè)一回路內(nèi)被污染。這樣一來，就算是拆卸反應(yīng)堆的零件，排除殘余的一回路循環(huán)水，都可能導(dǎo)致周邊遭受核輻射。因此，對(duì)于這些遭受輻射的反應(yīng)容器，也需要嚴(yán)格的處置。

不過，也有很多核設(shè)施由于嚴(yán)重污染，迄今無法安全拆除。

1971年，德國人準(zhǔn)備建設(shè)一座先進(jìn)的高溫氣冷球床反應(yīng)堆，采用氦氣冷卻。由于溫度很高，其熱效率也很好，設(shè)計(jì)熱功率750兆瓦，電功率300兆瓦，綜合效率40%，是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的反應(yīng)堆。不過，在1986年5月，在它剛剛點(diǎn)火的次年，就發(fā)生了燃料球卡住而導(dǎo)致放射性泄漏的事故。德國政府一度企圖隱瞞事故，宣稱是幾天前爆發(fā)的切爾諾貝利的輻射塵飄到了當(dāng)?shù)?，但很快就被揭穿。在人民?qiáng)烈的抗疫下，該發(fā)電廠僅運(yùn)轉(zhuǎn)了423天就被關(guān)閉。但是由于核燃料球破碎的核裂變產(chǎn)物被冷卻氣流散播到了整個(gè)廠區(qū)內(nèi)部，導(dǎo)致迄今為止內(nèi)部一回路仍然布滿輻射產(chǎn)物，無法拆除，德國人預(yù)計(jì)2027年才能等候到輻射下降到安全水平，到那時(shí)才可以花費(fèi)幾十年拆毀這個(gè)核電廠。由于該技術(shù)在德國遭受抵制，德國人無法繼續(xù)建設(shè)高溫氣冷堆，便索性出口中國，即清華大學(xué)HTR-10和目前石島灣在建的高溫氣冷堆的技術(shù)來源。

因此，核動(dòng)力設(shè)備退役時(shí)也不可避免產(chǎn)生核廢料。

核廢料的處置——臨時(shí)處置和最終處置

說完了核廢料的來源，那么就得談?wù)勊趺措x開。由于我們目前面對(duì)的最多的核廢料都是核反應(yīng)堆拉出來的乏燃料，因此下文主要以乏燃料處置為例講解核廢料的處置。

考慮到乏燃料拖出反應(yīng)堆時(shí)，內(nèi)部仍然有著強(qiáng)烈的輻射和衰變放熱，為了讓人安全轉(zhuǎn)運(yùn)乏燃料，首先大部分的乏燃料會(huì)在廠區(qū)進(jìn)行臨時(shí)處置，這種臨時(shí)儲(chǔ)存設(shè)施就是“乏燃料水池”。

通常來說，大部分反應(yīng)堆會(huì)在換料前關(guān)閉，不過也有少數(shù)反應(yīng)堆，如蘇聯(lián)的RBMK石墨沸水堆，加拿大CANDU重水壓水堆允許一邊運(yùn)轉(zhuǎn)一邊換料。在反應(yīng)堆安全關(guān)閉后，關(guān)閉的反應(yīng)堆頂蓋就會(huì)打開，然后操作機(jī)械臂就會(huì)將指定的乏燃料拔出反應(yīng)堆，插入不遠(yuǎn)處的乏燃料水池的水底。在乏燃料水池中，核燃料會(huì)經(jīng)歷數(shù)年的冷卻期，待其中高放射性產(chǎn)物消耗部分后，便可以使用干式運(yùn)輸桶拉出處置。

雖然乏燃料已經(jīng)不能驅(qū)動(dòng)反應(yīng)堆，但是乏燃料水池仍然是一個(gè)高溫?zé)嵩?，在沒有循環(huán)情況下很容易發(fā)生“干燒”事故，仍然能夠引發(fā)熔毀事故。

2011年的311大地震中，日本福島核電廠4號(hào)反應(yīng)堆并未屬于發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，但是它的乏燃料水池卻堆放著大批乏燃料棒。在3月15日冷卻中斷第4天，乏燃料水池?zé)桑θ剂纤プ儫崂塾?jì)開始自燃，引發(fā)嚴(yán)重輻射性煙塵污染，最后才得以用大量水淹沒。因此，乏燃料水池也需要足夠的冷卻設(shè)備，以保證在數(shù)年的冷卻時(shí)間內(nèi)都不會(huì)干燒。

同時(shí)，不同堆芯產(chǎn)生乏燃料的數(shù)量也不同，其中產(chǎn)生最多的是高溫氣冷堆。根據(jù)《能源雜志》的報(bào)道：

https://www.sohu.com/a/355223162_240923

溫氣冷堆由于能源密度低和固有安全性的原因，同等裝機(jī)規(guī)模高溫氣冷堆乏燃料產(chǎn)生量相當(dāng)于等裝機(jī)規(guī)模壓水堆乏燃料10倍以上。以10MW正在運(yùn)行實(shí)驗(yàn)堆進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，年產(chǎn)生乏燃料1.898噸。“十四五”期間，如開工3臺(tái)600MW的高溫氣冷堆機(jī)組，運(yùn)營后每年產(chǎn)生626噸乏燃料，相當(dāng)于210,000MW壓水堆（也即21個(gè)百萬千瓦壓水堆機(jī)組）乏燃料年產(chǎn)生量。

因此，考慮到我國正在建設(shè)和已經(jīng)服役的百萬千瓦級(jí)反應(yīng)堆已超過50座，每年約產(chǎn)生1000噸的乏燃料，對(duì)于我國的乏燃料暫存是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)，而因?yàn)榉θ剂纤匾残枰掷m(xù)冷卻，還有人產(chǎn)生了一個(gè)新的想法——乏燃料供暖技術(shù)。

各國此前都試驗(yàn)過核電廠熱電聯(lián)產(chǎn)或者干脆使用小型反應(yīng)堆直接供暖的技術(shù)，但是實(shí)際上那都是需要臨界體積的核燃料才能進(jìn)行的工程，其難度不亞于小型發(fā)電反應(yīng)堆。因此，如果能夠利用乏燃料堆放水池的余熱繼續(xù)供應(yīng)熱量，則將有效的變廢為寶。不過，考慮到乏燃料水池難以將水燒開，而低溫?zé)崴亩芈芳訜嵝瘦^低，所以該技術(shù)尚未進(jìn)行有效推廣，但確實(shí)是一個(gè)可行的辦法之一。

當(dāng)乏燃料經(jīng)過足夠的冷卻后，即可裝入干式儲(chǔ)存桶，轉(zhuǎn)運(yùn)到下一個(gè)階段進(jìn)行處置。

一般來說，剛剛冷卻的乏燃料仍含有較多的短壽命裂變產(chǎn)物，仍然有一定的輻射，因此現(xiàn)實(shí)中，為了防止衰變熱破壞外殼，導(dǎo)致放射性泄漏，這些罐子不會(huì)被輕易埋入地下，最多也就是淺地層埋藏，一定時(shí)間會(huì)翻出來檢查一下。

不過，考慮到上文中提到的乏燃料再處理的成效，在法國，俄羅斯（不含美國）等核工業(yè)較好的國家，民用核廢料也有一部分會(huì)進(jìn)入乏燃料再處理流程。

當(dāng)代世界最強(qiáng)的乏燃料再處理來自于法國。法國作為全球唯一核能發(fā)電超過70%的發(fā)達(dá)國家，有著世界最強(qiáng)的民用核工業(yè)水平，中國50多座反應(yīng)堆中，除去國內(nèi)自主技術(shù)的秦山一期，進(jìn)口的加拿大CANDU，美國AP1000和俄羅斯VVER反應(yīng)堆外，絕大多數(shù)反應(yīng)堆都是來自于法國出口給中國的大亞灣M310反應(yīng)堆技術(shù)，可見法國民用核能工業(yè)之強(qiáng)。法國同樣有這世界最好的民用乏燃料再處理設(shè)施——阿?，m旗下的阿格核燃料后處理工廠。該廠坐落于法國阿格，擁有5000名員工，每年可以處理1700噸乏燃料。該廠同樣環(huán)保水平位居世界領(lǐng)先，根據(jù)資料，法國阿格核循環(huán)廠多年監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)表明，該工廠給產(chǎn)業(yè)園區(qū)附近的公眾帶來的輻射劑量為0.03 毫西弗/年（mSv/a）。作為對(duì)比，一次醫(yī)療CT輻射劑量為10毫西弗。因此由于技術(shù)先進(jìn)，我國正在積極談判引進(jìn)該廠技術(shù)，服務(wù)于我國50多座反應(yīng)堆，年均產(chǎn)生1000噸乏燃料的國情，但處置國內(nèi)現(xiàn)存的10000噸乏燃料，還需要相當(dāng)長的時(shí)間才能徹底消化。而且，考慮到國民的認(rèn)識(shí)程度，中國2016年初步考慮在田灣核電廠所在的連云港興建中法合資的乏燃料處理設(shè)施，遭到當(dāng)?shù)氐种贫。缃裰袊荒苓x擇更加偏僻的地區(qū)興建再處理設(shè)施。

經(jīng)過乏燃料再處理，可以大大減少高放射性產(chǎn)物的數(shù)量。根據(jù)法國人測(cè)算，一噸乏燃料經(jīng)過再處理后，僅需要0.2立方米的鐵桶即可裝載運(yùn)輸，其密度已經(jīng)下降到比鐵還少，這說明絕大多數(shù)重金屬（鈾的密度達(dá)到19.3克每立方厘米，水的密度是1克每立方厘米，鐵的密度是7.9克每立方厘米）已經(jīng)被去除掉。經(jīng)過再處理后，里面的鈾，钚都可以繼續(xù)回到核燃料循環(huán)再次利用，剩余的鈾238可以儲(chǔ)存起來用于快堆，或者制成貧鈾彈打擊坦克。美國之所以能夠以單價(jià)8000-10000美元生產(chǎn)M829A3/4貧鈾彈，就和他們擁有80萬噸貧鈾儲(chǔ)備有很大關(guān)系，比中國生產(chǎn)高性能鎢芯穿甲彈成本還低，年產(chǎn)量還高。

經(jīng)過乏燃料再處理還無法消滅的核材料，那才是真正意義的“核廢料”——除了填埋，別無去處。這一類處置方法就是俗話說的“深地層儲(chǔ)存技術(shù)”——在某個(gè)安全的地方挖個(gè)大洞，把核廢料堆進(jìn)去徹底拋棄。

不過深地層處置也不是挖個(gè)坑埋上一了百了。由于剩余的核廢料包括壽命數(shù)百萬年的超鈾元素甚至過億年的物質(zhì)，而人類迄今為止最古老的金屬材料保存時(shí)間也不過3000年，而且上百萬年后地質(zhì)變化的改變會(huì)導(dǎo)致它的容器發(fā)生不可預(yù)知的改變。同時(shí)，就算人類預(yù)測(cè)不到百年后的事情，幾十年內(nèi)不可預(yù)知的事情也經(jīng)常發(fā)生——如今年的新冠肺炎就導(dǎo)致加拿大最大的鈾礦暫停生產(chǎn)，一度鈾礦價(jià)格飆升。因此，深地層處置必須找到遠(yuǎn)離人煙，地層穩(wěn)定，遠(yuǎn)離地下水的環(huán)境進(jìn)行深埋。但是，我們知道，符合這種條件的地區(qū)也是非?；钠У牡胤健缰袊笪鞅钡母瓯跒?，靠近北極的芬蘭山脈之中，那些地方基礎(chǔ)設(shè)施和交通都很差，也缺乏容納足夠施工人員的住處，這導(dǎo)致在那里開工建設(shè)巨型洞窟第一個(gè)問題就是如何把施工隊(duì)和挖掘設(shè)備搬過去的問題。而如果為了埋藏核廢料而在那里動(dòng)工建設(shè)城市級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施，那就和“遠(yuǎn)離人煙”背道而馳，而且會(huì)極大推高埋藏成本。因此迄今為止，中國的深地層處置庫仍然屬于調(diào)研階段，尚未進(jìn)入實(shí)質(zhì)性施工。

結(jié)語——越高的能量，意味著越高的代價(jià)

古老的煉金術(shù)說，為了取得足夠強(qiáng)的力量，必須“等價(jià)交換”付出多高的代價(jià)。其實(shí)人類社會(huì)的能源發(fā)展何嘗不是這樣，在過去依賴人力和畜力的年代，只需要給人吃飯，給馬喂草即可勞動(dòng)生產(chǎn)；而到了后來的工業(yè)時(shí)代后，為了制造蒸汽機(jī)和電動(dòng)機(jī)，首先就得解決制造發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)材料——煉鐵高爐，金屬拉絲設(shè)備等一切配套設(shè)備的生產(chǎn)。而到了核動(dòng)力時(shí)代，不僅是獲得能源需要巨額投入，連廢棄核廢料，拆毀報(bào)廢的核電廠也需要巨額投資，這一切都說明隨著人類獲取的物質(zhì)功率密度越高，付出的成本越高的過程。因此，我們每天用的每一度電，自來水龍頭流出的每一滴水，都是凝結(jié)著整個(gè)工業(yè)社會(huì)各行各業(yè)的結(jié)晶。為了最大限度讓我們合理利用難的的能源，請(qǐng)從我們身邊做起，節(jié)約能源。