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核能改变了世界,核工业产生的大量高放射性核废料也威胁着世界。如果说上个世纪世界的焦点放在了如何和平利用核能,那么进入二十一世纪,则更加关注如何安全利用核能。切尔诺贝利的阴影还未散尽,福岛之殇再次笼罩世界……

1938年德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核,发现了核裂变现象,从此核能走进物理学家的视线,大量的人力物力投入到核能研究中。

核能的研究和利用不仅扭转了世界反法西斯战争的局面,让和平之光返照地球,也改变了几十年后的世界能源结构,为人类社会提供清洁能源。

核能虽好,但核废料的处理也让世界各国犯了难,如何安全、永久地处理核废料成为一直摆在科学家面前的难题。

高放射性核废料因具有较强放射性而有别于其他废物,其安全处理与处置是核循环的最后一个环节,也是决定核能能否安全利用的关键。目前最常用也最具前景的处理方法为深层掩埋法,即将核废料进行处置制成玻璃化固体后封装在金属罐,深埋于地质结构中,利用地质介质为屏障将放射性核废料与人类生活的环境相隔绝。

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所谓玻璃固化,是指将核废料与玻璃添加剂混合,经高温熔融,浇铸成玻璃固化体。放射性元素在原子尺度内固化于玻璃体内,保证了其地质存贮的安全,被认为是完成最终处置的第一道重要工序。

为埋存大量的核废料,各国不得不花重金在荒无人烟的大山深处、沙漠戈壁挖掘建造“特殊仓库”,有些国家则就地取材,借用废弃矿场进行核废料的长期储存。

金属罐体中装着曼哈顿计划产生的核废料

废弃铁矿摇身一变

位于德国萨尔茨吉特的一座废弃铁矿就是世界上第一座此类长期核废料储存库,安装在矿道内的电梯需要将近五分钟才能到达矿井的底部。

这座铁矿就是位于德国萨尔茨吉特的康拉德矿,从1867年到1976年长达一个多世纪的时间里,在此开采的铁矿石给养着德国法西斯的战争野心,也为战后德国的工业发展提供了基石。

多年的开采,使得矿井一直延伸到街地下1300米的深处,废弃之后,便静静地躺在那里注视着德国的发展。废弃的矿井现在有了一个新的角色——一个可以持续几十万年的角色。

如果一切按计划进行,两年后康拉德矿的矿道将成为德国核电站30多万立方米放射性核燃料的家园——大约是德国产生的所有核废料的一半。埋在地下深处,这些放射性物质会慢慢衰变,由于地层的阻隔,居住在地面之上的人与动植物几乎不会受影响。

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但并不是每个人都对这个想法感到满意。自从这个计划在20世纪70年代被首次提出以来,当地人一直在反对这项将持续万年的计划,而且他们还没有放弃。

自从1954年,前苏联开启第一座核电站以来,如何处理核废料的问题就一直困扰着我们。核反应堆中产生的一些放射性元素需要几十年才能衰变到安全值以下,一些放射性物质——如钚-239、镎-237和碘-219,则可以存在数千年。

对许多人来说,把它存放于安全的容器里深埋地下可能是我们最好的选择。

神殿庇护,重金投入

尽管康拉德矿的现有矿道网络十分庞大,但该矿仍在扩建之中以容纳更多的核废料,同时新建了一个停车场并安装有最新的通风系统。或许是因为迷信,在隧道的入口处还有圣巴巴拉神殿,据说圣巴巴拉守护着矿工、炮兵和从事危险工作的人。

在建成后的几十年的时间里,火车和卡车将会把封存在特殊容器中的核废料运送到康拉德矿。集装箱将通过康拉德现有的一个矿井被送到地下,然后通过人工操作的机器被转移到许多矿道深处,在那里长眠。

集装箱将被堆放在一起,每隔50米用混凝土墙封隔。随着矿道逐渐被核废料填满,这些墙后面的空间将被更多的混凝土回填。

碰巧的是,第一批核废料预计于2022年交付,这也是德国核电站将被全部关闭的一年。德国放弃核能已经有一段时间了,2011年日本福岛核事故发生后,默克尔政府决定放弃核能,并逐步关停国内的核电站。

即便如此,退役核电站产生的核废料——以及建筑中被污染的物质,仍将在数千年内保持高放射性,如何安全有效处置困扰着精明的德国人。

自20世纪70年代中期以来,康拉德煤矿一直被认为是潜在的核废料储存地。但在这里储存这类材料的许可证直到2007年才被授予,开工时间也是一拖再拖,直到2017年才正式开工建设。

延期建设产生了一系列连锁反应。2014年,准备运往康拉德的核废料桶被发现出现腐蚀迹象,这些核废料不得不暂时存放在一个停止运行的发电厂。

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与推迟的完工日期一起的,还有居高不下的成本。据估计,德国辐射防护办公室预计将花费超过34亿欧元用于将康拉德改造成一个核废料仓库,并将核废料转移到其中。

康拉德矿被选中建造特殊仓库是因为它是一个异常干燥的矿井,这要归功于400米厚的黏土层将矿井与地下水层隔离开来。将放射性废物储存在地下的最大隐患之一是,渗出的水可能会逐渐侵蚀容器,并将放射性物质带到地表。

在前期有专业团队进行了严密的科考计算,认为这些水分上升到地表至少需要30万年,到那时,放射性应该将处于安全范围。

一旦放射性物质进入地表径流,将对地区的生态环境带来无法挽回的损失。在冷战期间,出于成本考虑,前苏联将核武器工厂产生的大量高放废料直接排入了附近的河流湖泊当中,导致水中生物大量死亡,成为一滩滩死水,据俄罗斯环保专家称,这些地区的生态环境在未来十几万年内都无法得到恢复。

德国人必须勇敢一回

距离康拉德矿主要入口只有两分钟车程的地方有一个村庄——布雷肯斯特村,一个个油桶被漆成亮黄色放射性物质储罐的样子,堆放在路边和村民的花园里,以示抗议!

这只是该村大约600名居民中的一小部分人选择的一种抗议方式,以表明他们反对邻近的矿井转变为核废料堆放场。这种事情任谁都会极力反对。

距离这里仅25公里的阿塞二号是另一座矿山的名字,也是德国最大的核废料事故发生地。1967年至1978年间,有126000桶放射性物质被倾倒在这里的垃圾堆里。几年后,放射性盐水被发现在矿井中泄漏,没人知道该如何解决这个问题。

所以当上世纪70年代康拉德矿将被建设成为核废料仓库的消息传出后,附近居民自发组织起声势浩大的抗议活动,但抗议依然没有让德国政府停止这一烧钱的项目。

根据官方计划,康拉德的储存量远远小于德国核废料总量,这意味着必须找到其他地方来存放剩余的核废料。

在布雷肯斯特下面,矿工们继续工作。康拉德的隧道蜿蜒在地表以下数百米,将很快准备好接收德国的大部分核废料。唯一可见的迹象可能是地面上的高度安全设施——以及黄色的油桶。

三十年的时间里,我国的核工业快速发展,核电发电量逐年增加,与此同时,也产生了大量的核废料,其中高放射性核废料年平均产量为150吨。

位于我国西北戈壁深处的北山,是世界上最理想的核废料库址之一,预计在2030—2040年,北山核废料处置库将完成建设,把我国核工业产生的高放射性核废料永久的“禁锢”在地下深处……