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美計(jì)劃“玻璃化”最龐大核乏料堆
數(shù)十年制作核武器形成的核乏料被埋在美國(guó)華盛頓州漢福德場(chǎng)區(qū)。
漢福德場(chǎng)區(qū)正在進(jìn)行著一場(chǎng)建筑熱潮，這里曾是美國(guó)華盛頓州東南部大風(fēng)肆虐的一處秘密綜合設(shè)施所處地點(diǎn)。建筑人員正忙著在明年6月完成一座高27米的混凝土建筑。如果一切進(jìn)展順利，那么這個(gè)設(shè)施最終將可讓美國(guó)能源部(DOE)處理那里的放射性含毒廢棄物，從二戰(zhàn)期間開始，廢棄物已在該場(chǎng)區(qū)堆放了40多年。
在該場(chǎng)區(qū)停止制造用于核武器的钚數(shù)十年來(lái)后，漢福德核行動(dòng)的殘留物仍在制造麻煩。今年，一個(gè)裝滿放射性物質(zhì)的鐵路車廂的隧道坍塌了。 另外，至少有12名拆除一座被污染建筑的員工钚檢測(cè)呈陽(yáng)性。但該場(chǎng)區(qū)的最大挑戰(zhàn)藏在地下的177個(gè)碳鋼儲(chǔ)罐中。這些埋藏的容器一共裝著兩億多升高危險(xiǎn)性液體和像花生醬一項(xiàng)的污泥，它們足以填滿80個(gè)奧林匹克游泳池。這些儲(chǔ)罐至少有1/3已經(jīng)泄露，使放射性核化學(xué)廢棄物對(duì)地下水造成污染。
在1989年與華盛頓州和美國(guó)環(huán)保署達(dá)成的一項(xiàng)法律協(xié)議中，DOE通過(guò)一個(gè)叫作“玻璃化”的過(guò)程，致力于用堅(jiān)固的玻璃柱固定最危險(xiǎn)的廢棄物。若干年后，該機(jī)構(gòu)同意玻璃化其他的罐裝廢棄物。總而言之，這一過(guò)程預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生重達(dá)數(shù)噸的數(shù)萬(wàn)個(gè)玻璃柱。那些含有高放射性廢棄物的儲(chǔ)罐將被船運(yùn)到一個(gè)永久的儲(chǔ)存設(shè)施;其他的廢棄物將仍然存放在該場(chǎng)區(qū)。但這一工作卻被成本超支、工作延遲等困擾。盡管從1997年以來(lái)DOE在廢料罐問(wèn)題上已花費(fèi)了200億美元，但仍未將核乏料玻璃化。
核乏料玻璃化
4年前，DOE打算重新開始核乏料玻璃化進(jìn)程。它沒(méi)有建設(shè)單個(gè)玻璃化工廠，而是將工程分為兩個(gè)。第一個(gè)工廠(正在建設(shè)中)將開始玻璃化儲(chǔ)罐中風(fēng)險(xiǎn)較低的“低活性”液體。另一個(gè)規(guī)模更大、更加復(fù)雜的廠子則用來(lái)處理高污染性的淤泥，它將在研究人員解決一些棘手的安全問(wèn)題之后開始動(dòng)工。
在兩方面都有一些進(jìn)展的跡象。今年，DOE報(bào)告稱，它解決了與處理高污染性廢棄物相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵問(wèn)題。一個(gè)需要實(shí)時(shí)分析低水平污染物的實(shí)驗(yàn)室即將完工。如果工作能夠按計(jì)劃進(jìn)行，該場(chǎng)區(qū)最早將在2022年制作出第一個(gè)玻璃圓柱。
漢福德的批評(píng)人士已經(jīng)習(xí)慣了最后期限和管理丑聞，對(duì)此仍持質(zhì)疑態(tài)度。華盛頓州的官員已在法庭就清潔目標(biāo)和最終期限爭(zhēng)斗了近30年，但他們對(duì)目前在軌運(yùn)行的項(xiàng)目抱有希望。“有樂(lè)觀的原因。”華盛頓生態(tài)管理署監(jiān)管廢料罐活動(dòng)的Suzanne Dahl說(shuō)。
科學(xué)家從20世紀(jì)50年代就開始研究玻璃化，一些國(guó)家曾用這一過(guò)程穩(wěn)定核乏料，包括法國(guó)、印度、俄羅斯、英國(guó)等。美國(guó)也在DOE位于南卡羅萊納州的薩凡納河場(chǎng)區(qū)玻璃化廢棄物，但其規(guī)模和復(fù)雜程度都與漢福德場(chǎng)區(qū)的情況不同。
漢福德場(chǎng)區(qū)是在二戰(zhàn)期間作為曼哈頓計(jì)劃的一部分設(shè)立的，那里交付用于首個(gè)核武器測(cè)試以及1945年落在日本長(zhǎng)崎的原子彈的钚。此后，它繼續(xù)為美國(guó)核軍械生產(chǎn)大量的钚。“漢福德場(chǎng)區(qū)是核事業(yè)發(fā)展的全部歷史。”華盛頓特區(qū)美國(guó)天主教大學(xué)物理學(xué)家Ian Pegg說(shuō)，他與DOE合作有關(guān)玻璃化的實(shí)驗(yàn)。
混合醞釀的“毒物”
漢福德場(chǎng)區(qū)使用的不斷變化的技術(shù)組合產(chǎn)生了獨(dú)特醞釀的毒物，包括放射性銫、鍶、镅和殘留的钚以及重金屬和各種化工原料。儲(chǔ)罐內(nèi)還有其他的物質(zhì)。華盛頓州里士滿DOE玻璃科學(xué)家Albert Kruger說(shuō)，人們“會(huì)朝那些罐子里仍各種可以想象到的東西”。他的清單中包括被污染的手套、木板、巖石和卷尺等。
一旦其中的一些碎石被去掉，玻璃化將讓核乏料與包括硅、硼等物質(zhì)混合在一起，然后被加熱到近1150℃。隨后，熔化的混合物在不銹鋼罐中冷卻，制造出硼硅酸鹽玻璃大圓柱體——與烘箱中安全的玻璃器皿是同樣的材料。
在這一過(guò)程中，因?yàn)槊總€(gè)罐子中盛放著各種化學(xué)物質(zhì)和放射性核素的混合物，它們只有在廢棄物被萃取之后才能夠被完全識(shí)別。其中一些物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致玻璃弱化。而另一些物質(zhì)如碘，不能被封閉其中，只能被去除。這有點(diǎn)類似于混合不同葡萄酒而制成的干邑白蘭地，漢福德場(chǎng)區(qū)的科學(xué)家將需要根據(jù)每批廢棄物確定相應(yīng)的玻璃配置。Kruger說(shuō)：“沒(méi)人愿意試聞它的氣味，沒(méi)人愿意品嘗它，這是一種等效機(jī)制。”
從1989年以來(lái)，有很多合同商曾在漢福德項(xiàng)目工作，其中包括英國(guó)核燃料有限公司，這是一家由英國(guó)政府擁有的出口塞拉菲爾德核分解綜合設(shè)施相關(guān)技術(shù)的一家公司。隨著成本估值上漲，2000年，DOE雇傭建筑和工程巨頭——加州舊金山貝克特爾公司作為其主要承包商。
當(dāng)時(shí)，漢福德場(chǎng)區(qū)預(yù)計(jì)會(huì)花費(fèi)43億美元，并在2007年開始做玻璃柱。但隨著工程師開始實(shí)施安全和技術(shù)細(xì)節(jié)，該項(xiàng)目的成本和復(fù)雜性不斷攀升。到2012年，高級(jí)官員——包括一名DOE原雇員和被炒魷魚后做出檢舉者投訴的兩名承包商——對(duì)該項(xiàng)目表示擔(dān)心。其中一方面是氫，熱量和輻射分裂水分子時(shí)產(chǎn)生的氫會(huì)在容器和管道中積累，從而形成爆炸風(fēng)險(xiǎn);另一方面，用來(lái)保持重粒子運(yùn)動(dòng)的混合容器不夠強(qiáng)大。隨著時(shí)間的推移，足夠多的殘余钚可能會(huì)形成一種危險(xiǎn)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
時(shí)任DOE部長(zhǎng)朱棣文召集了一個(gè)專家組進(jìn)行調(diào)查。最終，Bechtel被要求首先建造一個(gè)僅將液體廢料玻璃化的工廠。液體占核乏料總量的90%，但只占其放射性的10%，且其需要進(jìn)行的處理比高污染性廢料少：它可以被提煉從而除去高放射性的銫，然后直接被送去玻璃化。“這是合理的。”田納西州納什維爾范德堡大學(xué)化學(xué)工程師、朱棣文專家小組的David Kosson說(shuō)。如果必須從一個(gè)地方開始，那么“低活性廢棄物是一個(gè)不錯(cuò)的選擇”。
揮之不去的問(wèn)題
這些高放射性廢棄物設(shè)施仍在使用中，但DOE及其承包商已花費(fèi)數(shù)年時(shí)間研究使用計(jì)算機(jī)模型和原型的技術(shù)問(wèn)題。今年2月，該機(jī)構(gòu)宣布已解決與氫積聚有關(guān)的問(wèn)題。熟悉這項(xiàng)工作的科學(xué)家說(shuō)，對(duì)新設(shè)計(jì)的混合容器的測(cè)試已接近完成，顯然沒(méi)有任何重大故障。該容器配備了6個(gè)“脈沖噴射混合器”，它可以像火雞澆油管一樣把廢棄物吸走和泵出，從而讓固體不會(huì)沉降下來(lái)。
研究人員也在玻璃配置上取得進(jìn)展。Kruger和外部科學(xué)家已經(jīng)證明，某些成分可以比此前估計(jì)的容納更多廢棄物，因此可能會(huì)節(jié)省成本。Kruger說(shuō)，高放射性廢物設(shè)施中生產(chǎn)的玻璃柱的數(shù)量可能會(huì)從1.8萬(wàn)個(gè)降至7000個(gè)。低放射性工廠可能只需要生產(chǎn)7萬(wàn)個(gè)左右的玻璃柱，而不是14.5萬(wàn)個(gè)。
但問(wèn)題依然存在。DOE在2015年的一份報(bào)告記錄了可能影響低輻射性工廠運(yùn)行的500多個(gè)漏洞，其中包括一些用于處理放射性物質(zhì)的電氣和機(jī)械系統(tǒng)。
并非所有人都相信玻璃化是應(yīng)該走的路。DOE受法律協(xié)議和核乏料監(jiān)管的約束在推進(jìn)這一進(jìn)程，但從技術(shù)角度看卻有更好的選擇，某獨(dú)立研究中心顧問(wèn)及原主任Jim Conca說(shuō)，該中心支持新墨西哥州卡爾斯巴德市外的廢料隔離試驗(yàn)工廠(WIPP)，這是美國(guó)運(yùn)營(yíng)的唯一一個(gè)深地質(zhì)庫(kù)。
漢福德高放射性廢棄物目前計(jì)劃將在尤卡山處理，這是內(nèi)華達(dá)州一個(gè)擱置已久的地質(zhì)庫(kù)。滲水是人們關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題，因此必須將廢棄物包裹在玻璃中以確保其在數(shù)千年內(nèi)保持穩(wěn)定。但Conca說(shuō)，罐裝的污泥足夠安全，可以將其直接干燥送到WIPP——如果可以改變規(guī)定允許這一操作。類似地，低活性放射物可以與漿液混合，產(chǎn)生類似于混凝土的材料，很多人認(rèn)為這會(huì)更便宜，更安全。
朱棣文仍然相信玻璃化能起作用，但他說(shuō)DOE應(yīng)該接受新科學(xué)并根據(jù)需要改變方向。更概括地說(shuō)，他表示，在解決關(guān)于如何、在哪里處理核乏料的問(wèn)題上，這個(gè)國(guó)家還有很長(zhǎng)的一段路要走。“這是一個(gè)重大的問(wèn)題，要想找到一條更好的道路，就必須有大量好的科學(xué)研究。”他說(shuō)，“要永遠(yuǎn)保持思想開放。”
漢福德玻璃化設(shè)施的成本現(xiàn)在為168億美元。假定最新的時(shí)間表不會(huì)變，高水平核乏料工廠將可以在本世紀(jì)30年代初開啟，其運(yùn)行將會(huì)持續(xù)數(shù)十年。與此同時(shí)，危險(xiǎn)核乏料將會(huì)被留在地下，雖然看不到，但令人憂心。
