為什麼核廢料很難處理與處置?
我一直想不明白,為什麼書籍、媒體上總在強調核廢料很麻煩,很難處理?
或者說,放射性物質為什麼就那麼危險?我總懷疑人們一直都過度渲染了。
然後,等到福島核事故的廢水大量流入海洋,又都出來說其實會稀釋乾淨的,不用恐慌。為什麼核廢料很難處理?
半衰期長、衰變伴隨放熱這些都容易理解。
我主要的疑問是,為什麽不能把核廢料密封了沉到大洋底部?即使在大洋底部泄露了,以海洋的水,還不能把放射性物質稀釋到安全的程度?
如果說會被生物鏈富集,但是大洋底部實際上很少存在生物的。海洋生物絕大多數都在大陸架和大洋淺水區。老是說核廢料多麼危險,核燃料不就是從自然礦物中濃縮得來的,整個海洋的水難道不能把核物質稀釋不到自然礦物原來的濃度?
飛機上沒網,就寫點更新吧。
360行,行行出逗比啊。我也算是我們領域的大逗比了。我所在的放射科學領域,因為居里夫人她老人家的原因,至今女性科學家數量遠遠多於男性。從貢獻上來說,也算是為數不多女性占絕對主導地位的學科。我有四個老闆,三位女性,唯一的一個男性不是放射領域的。。男同學們加油呀。
講個我們這行另一個祖師爺的故事。沒興趣的同學直接跳過正文吧。他叫George De H. 他年輕的時候狂的沒邊,剛剛開始讀phd,就跟他導師吹牛,大意就是:老子就是你最牛的學生,好好照顧我,我虧待不了你啊!他導師就給了他一個手上最難的課題:將同位素-206從同位素-204中用化學手段分離開來。因為這兩種同位素總在核裂變碎片中出現,分離和鑒別這兩種同位素對於研究裂變有很大影響。
於是小喬童鞋就開始沒日沒夜的做啊,還是做不出來。他就很鬱悶。
他們所在的研究所呢,食堂伙食不太好。細心的他總是發現,周五的伙食總會出現之前幾天剩菜的痕迹(吃好多年食堂菜的含淚飄過),於是他就在想辦法證明,食堂用了周一到周四的剩飯來做周五的菜。他從實驗室拿出了一些痕量的放射性元素,放在了周一的剩飯中。於是在周五的菜中,他果然檢測到了他所投放的那種元素!在研究所引起軒然大波。
並且以此,他發展了放射藥學最最根基的原則(radiophamaceutical principles): 放射性元素被當作藥物投入生物體,濃度必須低到對生物體產生不了任何影響,同時要能夠成功的被檢測到。
小喬讀完phd,變成了老喬,可是兩種同位素他仍然無法分離。然後,老喬果然還是那個狂騷年,他宣布,這兩種同位素是同一種元素。我分離不出來,你們特么肯定也分離不出來!因為他本來就是同一個元素的不同同位素!
世界人民震驚了。最後證實,這兩種同位素分別是鉛204和鉛206。同元素,所以化學手段無法分離。
這個故事告訴我們,如果老闆給的項目做不出來,如果你可以證明這個項目是理論不可能做出來的,也是很牛逼的呀。不過你老闆一定會呵呵的。不瘋魔,不成活。
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更新:
趁最近幾天有時間,我就多更新點吧。這次來給大家講一個業內的實際例子。
1943年,曼哈頓計劃被批准,美國軍方在華盛頓州哥倫比亞河邊建立了一個精鍊廠和一個核反應堆在,叫做Hanford Site。在之後的40年,這裡生產了核武器原料鈈,並且處理了超過100,000噸核廢料。對於這其中的高放射性廢料,hanford有149個單層廢料罐和28個雙層罐。
問題就出在這些單層罐。設計建造的時候正在軍備競賽,經費吃緊所以他們的使用壽命只有20年。如今已經有很多很多罐體泄漏。
感謝@Ye Eric提醒,之前我DC和華盛頓州搞混了。
泄露的核廢料中主要成分就是鍀99(Tc-99)。這些放射性物質已經滲入到土壤中,而且因為精鍊廠臨河,一旦土壤地下水被污染,導致哥倫比亞河被污染,後果就會很嚴重了。
目前學界比較成熟的一種方法,就是利用某種化學物質,將水中溶解的是Tc離子沉澱出來並且和土壤中的礦物質結合,使得其流動性降低,從而防止污染進一步擴散。
在這些方法中,目前比較有效的一種方法,就是往土壤里釋放硫化氫氣體。硫化氫氣體會和土壤中的一些不飽和酸反應產生硫醇類物質,同時硫化氫也會和土壤中大量存在的鐵反應形成一種硫化亞鐵絡合物。這兩種物質同時作用,能夠將鍀牢牢地固定在土壤中不再擴散。
但是這種方法的副作用也顯而易見了。
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更新:
許多小盆友們說我回答一個很大的槽點就是「去別的國家建設核燃料精鍊廠」,在這回答一下。
其實我也就是無心吐槽一下,引起誤會在這裡道歉啦。事實上很多國家就是這麼乾的。核燃料精鍊雖然對環境污染很大,但是相比較鋼鐵冶煉,石油化工等等產業,污染排放相對於經濟效益來說是很低的。所以其實很多國家地區政府都鼓勵在自己這裡建造精鍊廠。
還有些小夥伴對我很好奇啊,被FBI請去喝茶的經歷。
我本科學化學的,現在在反應堆工作,我的研究方向是同位素生產和放射藥物癌症治療。為什麼說自己是arsenic chemist呢,因為我主要研究砷的同位素。
至於FBI請喝茶,我在反應堆的許可權是嚴格管制的,每半年FBI都會對我進行背景調查和談話。FBI agent真的都是高帥富啊,西裝筆挺但是很客氣,問的問題也很萌啊。比如說,你是不是恐怖分子,你會不會和恐怖分子合作等等。
下面是正文
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我覺得這個問題我還挺有發言權的蛤蛤。答主在北美最大的研究性核反應堆工作已經兩年了。沒錯,作為反應堆里唯一一個華人,每半年要被FBI請去喝茶一次,每次簽證都要被check一個月真的好憂傷。
個人認為核能才是最清潔最可持續的能源,核能才是人類將來發展所能依靠的王道能源。今天就讓我來終結這個問題吧。我盡量不裝逼,希望讓大家都能看懂我想說什麼。本文會有點長而且沒有圖。有閱讀障礙親們就退下吧。大家要是點贊多,我就爆點料:發生在核反應堆里的故事~
本文將從以下幾個角度展開:
什麼是核反應堆,建造核反應堆需要考慮的問題,什麼是核廢料,核廢料的危害,目前有效的核廢料處理手段,為什麼說核能是最清潔的未來能源。
1,什麼是核反應堆。
核反應堆從作用上分有兩種。一種是利用放射性物質衰減所釋放出的能量,提供人類可以利用的電能熱能等。另一種就是研究性核反應堆,利用放射性物質釋放的各類粒子和射線,來進行考古,地質,放射葯類等等的研究。
從機理上,核反應堆分為四種。高壓水反應堆(pressure water reactor),沸騰水反應堆(boiling water reactor),快速液態金屬反應堆(liquid-metal fast reactor),溶解鹽(melten salt reactor)反應堆。我在這介紹其中兩種。
高壓水反應堆,反應堆內核外麵包著水,水來吸收熱量,通過加壓來使得水沸點上升,保證處於液態。高溫水通過一個冷凝裝置,將熱量傳遞給另一個循環,以此利用能量。這種反應堆是目前最普遍,最可靠的核反應堆。
溶解鹽核反應堆。中國科學院在政府公告中宣稱中國科學家將會大力發展這項核反應堆技術。這種技術是利用氟化鋰,硼化鋰等液態金屬鹽,將反應燃料溶解進來在。自身又是燃料同時也是能量傳遞媒介,提高了能量傳遞的效率。但是這種反應堆對材料科學要求很高。想想看什麼材料能夠承受高溫的氟離子。。。不過做材料的中國人棒棒噠,你們一定會有辦法的蛤蛤蛤。
2,建造反應堆需要考慮的問題。
核燃料。先說結論,精鍊核燃料這一步,產生了總量90%以上的各種化學廢料,核廢料。佔總成本的20%。所以說,精鍊核燃料才是利用核能過程中對環境產生影響最大的。
目前最常用的核燃料是U-235,化學形態二氧化鈾。核燃料從哪來呢?當然是挖礦了。最常見的鈾礦,其中鈾的化學形態是八氧化三鈾。英文名Uraninite。目前美國最大的鈾礦叫做SIILVER MINE,是目前已知含量最大的鈾礦。目前全美所有的探明鈾礦,足夠300個核反應堆燒30年。
從礦出發,先用化學手段提純其中的鈾氧化物。這個過程需要耗費極大的硝酸,純凈水,各類化學試劑。因天然礦石中鈾含量很低,所以這一過程會產生大量的化學廢料。
得到了提純的原料,下面需要將U-235從天然U中提純出來。此時化學手段就沒用了,因為他們都是鈾元素,只是不同質量數。目前最普遍的手段是將U變成氣態氟化鈾,扔進一個巨大的離心機,將U-235和其他質量數不同的U分離開來,得到精鍊的U-235。
重水。重水要放在反應堆內核直接接觸核燃料。因為核反應生成的大量中子,可能會穿透反應堆內核,從而污染外面吸收能量的水,而且會損壞反應堆內核,造成核泄漏。重水中氘原子和中子質量大小相近,根據動量守恆,他是最能有效吸收中子能量,從而起到減速的作用。一個核反應堆,重水是必不可少的,所以一般大型核反應堆都會有自己的精鍊重水設施。
3,核廢料。
要說核廢料,先要澄清幾個概念。
衰減:放射性元素自發釋放出beta,gamma,alpha等粒子,自身變成另外一種元素。
半衰期:當一定量放射性元素衰減到只有一半初始量所用的時間。
裂變:放射性元素自發或者受到中子激發,變成另外一種元素。
核燃料到達反應堆之前,處於一種穩定狀態,衰減或者裂變的可能很小,所以很安全。當核燃料到達反應堆,首先需要用中子束來激發燃料。核燃料激發了以後,就會開始裂變,所產生元素也會衰減,再裂變,在衰減,鏈式樹式的核反應會產生許許多多的元素。直到各類元素分別裂變或者衰減到穩定的沒有放射性的元素,燃料就變成了廢料。
核廢料中包含上百種同位素,他們的半衰期短到幾毫秒,大到幾千年。目前的核廢料處理方法,是利用化學手段,將其中長半衰期和短半衰期的元素分開。對於短半衰期的元素,只需要耐心等待讓他自然衰減,就會變成沒有放射性的廢料,就可以和其他化學廢料一起處理。
對於長半衰期的廢料,我們會先將其中還有利用價值的元素回收,繼續製造燃料或者其他用途。對於無法繼續利用,半衰期又很長的元素,就只能將其儲存。
4,核廢料的危害。
放射性元素的主要危害就是在其衰減過程中釋放出的各類粒子。下面逐一介紹。
alpha:氦原子核,帶電,質量較大,對生物組織傷害較大,但是穿透力很差。有時候一張A4紙都能阻擋很大一部分。臨床用它治療癌症。用可以釋放出alpha的金屬做成一根針,嵌入到癌細胞中可以有效殺死癌細胞,但是穿透力差,對正常細胞傷害不大。
beta:高速電子流,帶電,質量較小從,穿透力比alpha稍大。
gamma:光子,穿透力很強,但是對生物體傷害不如上面兩個。
中子:不帶電,質量較大,穿透力強,傷害大。是核廢料中最危險的傢伙。
如何防止危害呢?針對不同的粒子有不同的防護方法。從簡單到重防護會用到塑料盾,玻璃盾,鉛盾,水泥牆等等。其中中子只有水泥牆可以有效阻擋。
5,核廢料處理手段。
核廢料體積不大,目前最普遍的做法就是蓋一棟水泥倉庫,厚厚的水泥包裹起來,把核廢料放在裡面就不管他了。我們相信祖國的花朵,未來的科學家們會想出辦法的!
在核廢料處理研究領域,科學家們致力於核廢料分離純化,將其中不同的同位素分離開來進行再利用。這個領域是正在蓬勃發展的領域。但是目前投入使用的成熟技術不多。
然而,核廢料處理的最大問題,是鍀。目前在醫學界廣泛使用的顯影手段,利用Tc-99m,也就是鍀同位素,可以定位癌細胞,進行醫學研究等等。核廢料處理的最大問題,就是如何處理Tc-99m的衰減產物,Tc-99。這種同位素也是核反應堆廢料的主要成分,佔到了核廢料總量的50%以上,而他的半衰期有211,000年。我們組現在一個很大的項目就是如何測定核反應堆周邊土壤空氣流水中鍀99的含量,並且凈化濃縮回收。
6,為什麼核廢料很難處理。
首先因為他不純。廢料其中有各種各樣的元素,有各種各樣的半衰期,所以同樣對待就會浪費資源。但是如果想要分離各個同位素,對化學手段要求極高。
其次因為他放射性劑量很強。雖然廢料已經無法再反應堆里提供能量了,但是他的放射性依然很強,大量的放射性粒子,使得對他的操作變得很艱難。如果需要移動,除非全機械化一。一旦需要人類靠近,就需要很重的隔離保護。轉移,運輸都成問題。
再次因為他很難稀釋。舉個例子。
放射性單位是居里(Ci),人處在0.1uCi的環境下,不會有危害。0.1uCi有多少呢?1毫升濃度為0.1 ng/L(納克每升)的放射性砷(As-77),他的放射量有2000uCi。大家自己來算這個賬,一噸核廢料要稀釋成什麼樣子,才能沒危害。
最後,因為他處理成本太高。蓋個大水泥房子,放裡面完事了多便宜。不要跟我說扔海底,要扔你去扔啊。也不要跟我說會地震什麼的,能把幾米厚水泥鋼筋倉庫破壞的地震發生在核反應堆周圍的概率有多大。也不要跟我說扔月球或者太空,熊孩子怎麼這麼鬧心呢。放屋裡礙著你什麼事了。
綜上所述,核廢料處理急需要解決的問題,是如何檢測,富集核反應堆周邊極低濃度的鍀99,還有如何處理精鍊核燃料時所產生的廢料。
7,為什麼說核能是清潔能源,未來的可靠能源。
首先,核能能量巨大,資源豐富。比起水力火力等發電站,一個3GW的核電站,不管從佔地面積,能耗,人力財力,對環境的破壞來說,都要小的很多。有同學就說了,核燃料精鍊怎麼辦,污染那麼大。傻孩子,我們可以去別的國家建啊。只需要把做好的核燃料運回來就行了笨。
其次,化學,醫學,生物學等等學科的發展,將會越來越需要科研型的核反應堆。
今天先寫到這,點贊的多了我再更新。
先給個鏈接走向永恆 Into Eternity(2010)這部影片肯定比我解釋的好(不過裡面有芬蘭語==)
輻射防護專業學生一枚,題主這個問題問的很籠統,所以有誤解就不奇怪了。
首先,我們來分辨一下什麼叫放射性廢物:廢水、廢氣和固體廢棄物,這是核電站所產生的三廢;廢水、廢氣,我們要管控起來很難,因為是流體,所以在設計的時候,本著對於環境以及個人的輻射影響最小的原則,我們已經控制了廢氣和廢水排除的輻射了,福島的那個廢水排入大海,其實怎麼都是要排的,只是排出時間的不同,這個和污水處理具體原理不同,但是道理是一樣的,就是差不多達標乾淨了就可以排出去,而這個標準,都是有國標規定的。所以綜上呢,題主說的不是問題的廢物處理是廢水和廢氣,這個確實也不是什麼問題。
那麼下面問題就來了,到底核電站裡面,廢物處置最大的問題是什麼呢?乏燃料,高放廢物。
那這個難難在哪裡呢。首先是時間問題,這些高放射性的固體廢棄物、乏燃料的衰變周期都是非常長的,長到什麼程度呢?芬蘭做了一個廢物處置庫做固體廢棄物掩埋,設計標準是十萬年。十萬年是個什麼概念啊,人類文明能不能存在十萬年都是個問號?但是十萬年後這些放射性廢物還是一樣對於生物有危害(危害具體是什麼我們再說)。我們在上輻射環境防護的時候有一道題目,就是設計一個能保存十萬年的警示標誌,要能夠警示那個時代的其他物種的智慧文明,或者非智慧生命,十萬年都要能維持其原來的功能。全班幾乎都傻了==!十萬年,人類到目前為止存下來的遺迹都沒有這麼久啊,最後我的答案是造個金字塔放上面,當然也不能保證效果。當然也有人說為什麼不直接隨便存在那裡不要理,十萬年,我們都不知道在哪裡了,何必去費這個事情;其實我們這種存儲放置的方式已經算是很不負責任的一種表現了,首先高放廢物一旦泄露,其影響肯定會在幾代內現象出來,所以我們的原則是「相信我們的子孫有比我們更加先進的技術去解決這些問題,我們不能解決的問題留給子孫去解決,先埋起來吧」
然後,第二,我們就要講到的放射性對人體危害的問題,到底什麼是輻射,它怎麼危害人身安全和後代。
輻射這個東西,我們只講電離輻射啊(怪力亂神的電磁輻射不歸我們管。。。),其實主要就是三種粒子,一種是電子,叫貝塔射線;一種是光子,叫伽馬射線;最後一種就比這倆大了,氦核,也就是我們說的阿爾法射線;其他不是主要部分的也是粒子,就是那些原子核碎片啥的,比這三哥們都大,但是族群數量少到可憐(到底有多少自己意淫去吧);
然後他們如何去對我們的身體造成影響呢,大家都知道我們體內有DNA吧,一個個條狀的,然後粒子就像子彈,DNA就是靶子,打上去,斷了一根又一根;斷的少的話,說不定斷的那一根就到你的子孫身上去了,這個就叫遺傳效應;斷的多的話,你的細胞就死了,如果死了足夠多還都死在關鍵部位的話,那麼你懂的,這個叫軀體效應。如果粒子足夠多,那麼你肯定就掛定了,萬箭穿心那種感覺的掛,這個叫確定性效應;如果不夠多的話,說不定你運氣好,掛不了,這個叫隨機性效應;隨機性效應和確定性效應之間是存在閾值的,過了就掛。這就是電離輻射對於人體的影響,不僅僅事關生死,還關乎子孫萬代==!你一定不希望自己的孫子或者兒子是個傻子或者三條腿吧。。。
而我們生活中呢,時時刻刻是受著電離輻射(也就是這三種粒子的照射的),這裡的輻射來源有來自地外(宇宙射線)、來自腳下(岩石土地里都帶輻射的——鈾幾乎是無處不在的,只不過濃度很低很低)、來自空氣(氡氣),這些是你躲不掉的,一直有的;然後還有就是家庭裝修,你買個山區大理石回來,說不定就有個放射性物質礦啥的,還有就是切爾諾貝利啊、各種核爆炸(維基http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%83%8C%E6%99%AF%E8%BC%BB%E5%B0%84)不過現在而言,這個量還是在全人類的可接受範圍內的,畢竟已經輻射了我們這麼多年了,我們也沒滅族啥的。
我們再說回高放廢物,這些廢棄物的放射性都是很高的(不然叫高放啊==!),不光高,還是一直高,這個一直可以認為對於現階段的人類就是永遠高下去。那麼多高放射性廢物啊,一旦泄露出來,首先肯定不是全世界範圍內的本底平均增高,必然是先是附近一部分的人或者生物遭受影響,然後是擴大影響(參見切爾諾貝利普里皮亞季,圖片普里皮亞季_百度圖片搜索)。所以我們要處置它,注意,是處置!!!!這裡是回答題主的關鍵,我們目前只能處置乏燃料和高放廢物,我們處理不了它!!!!處置就是我們找個坑把它埋了,就好像一個定時炸彈,你不知道它什麼時候炸,然後你還沒發拆彈,你也不敢讓它炸了(炸了世界就毀了),所以你就糾結了,這個就是目前為什麼說核電站乏燃料處理很困難!!因為誇張的說,核電站一直在生產炸彈啊,還是保質期超級長的那種。埋了也解決不了問題啊,你說你埋了,然後等你掛了,哪個熊孩子不知道這是啥,給你挖出來,還以為是文物啊寶藏啊。。。
所以核廢料的關鍵問題在我們現在根本沒法把放射性周期降下來(就是把高放射性物質處理掉,轉變成其他物質),所以我們沒法處理它,我們只能進行地質處置。把炸彈埋在一個沒人的地方,留著我們兒子的兒子的兒子或者說別的物種來幫我們拆。。。
然後題主說的那種埋在大洋里,這個叫海洋處置;埋在沙漠里,特別特別深,那也是一種,叫深埋地質處置;其他的還有海島處置,冰蓋處置;所有這些方法,都只能說是相對靠譜,不能絕對。(那個如果有人問可以可以發射去太空,這個問題我先回答了啊:萬一發射的時候炸了,我們就廢了,就這個萬一,這個方案就被否了)。
目前全世界範圍內,如何處置放射性廢物呢,基本上都是採取深埋地質處置的深地質處置 _百度百科,這裡我們主要講兩個,一個是芬蘭的,花崗岩的,為什麼說這個呢,因為他們拍了個紀錄片叫Onkalo——Into Eternity,一個必須被忘卻的地方走向永恆 Into Eternity(2010),鏈接送上,基本上題主看完這個片子,疑惑就完全被解答了,剩下的只有深深的憂慮之心了。
還有一個就是美國的內華達州的那個尤卡山!!!就是哥斯拉裡面去內華達吃空了半個山的那個!!!這裡我們要抨擊一下資本主義了啊啊,美國人是不做廢物處置的,商人逐利,廢物處置處理是要錢的啊,再說他么不缺核燃料啊!!!他們的乏燃料直接就扔在核電廠,以前是積壓到一定程度就運到尤卡山。。然後內華達的人不開心,然後奧巴馬上台的時候要選票,就和內華達的議員達成協議,上任就關了尤卡山,然後尤卡山就被關了。。關了。。啊,我擦,還可以這樣啊。。。
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達到這裡就差不多了,第一次答這麼多,看了覺得還可以的求贊啊啊啊啊
收到很多贊,感謝大家的熱情和支持。
回答評論和消息時發現,很多知友對於後處理和地質處置的概念有所混淆,其實很多核行業內人士有時也會問這個問題,藉此題主寶地,統一解釋說明。
1.後處理是一個旨在分離裂片元素、回收鈾鈈的化學工藝過程,它針對的對象是乏燃料,屬於高放廢物。
2.而地質處置是對放射性物質進行整備後,用符合要求的容器貯存到地下的過程。不同條件的處置場可以收貯不同程度放射性的廢物。
如我答評論中所述,404是一個中試規模的後處理廠,它的技術基礎是基於萃取化學,它有一整套化工生產線和分析系統,目前乏燃料的年處理量約60噸。可以把它想像為你們見過的化工廠。
西北中低放處置場是一個地質處置的場址,它的設計壽命300年,它的地址和建造設計,允許它接收中低放射性的廢物,但不可以存乏燃料,具體什麼樣可以存,查《 低中水平放射性固體廢物的淺地層處置規定GB9132》。可以把它想像為你們里見過的地下倉庫。
這兩個設施地理位置上緊挨著,地圖上很難分清。但它們是兩個不同法人的不同單位來運營的。
很多初入行的核工業人也以為他們是一個單位,所以常問:到底接不接高放,接不接乏燃料?怎麼才300年?
分清這兩個單位的運作內容就知道啦。
另外,你們問的可以存上萬年、深度500~1000米、可以接收乏燃料這樣的高放廢料的深地質處置場,在我國還沒建好,還在選址決策和研究實驗階段,還得好幾十年等。
你們問的每年能處理幾百噸乏燃料的後處理大廠,也沒建好。可能自主建,可能和阿海琺合作建,也可能404擴建,很快要著手建了。
兩者是不一樣的。不知道我說清了沒。
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術業有專攻,涉核領域其實很廣,有核物理,放射化學,反應堆工程,輻射防護、探測、放射性藥物、加速器、核物質運輸等等,每個方向下面也有很多分支。這些分支間也會有隔行如隔山的感覺。
答主對於輻射的生物效應,核設施選址,堆結構等問題實在是外行,不好意思誤導大家。會答的我便答了。沒答的是真的答不上來。
相信知乎上可能有這些專業的朋友,可以再開個問題來問問他們,核工業人在專業方面還是很負責滴。
非常感謝別的專業的知友為我補充作答,謝謝!
補充於2014.12.06
以下為之前答題主的原文。
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我們先來看題主提出的一個說法: 老是說核廢料多麼危險,核燃料不 就是從自然礦物中濃縮得來的,整 個海洋的水難道不能把核物質稀釋 不到自然礦物原來的濃度?
要解答題主的問題,首先得把以上錯誤認識糾正過來。我們先來搞清一個基本概念:核燃料不等於核廢料。以目前的國內商業主流堆型壓水堆為例,它的核燃料是題主所說的天然鈾濃縮得來,但它的乏燃料是核燃料發生裂變反應得來。核裂變反應和化學反應的區別在於:化學反應是原子外層電子的得失,元素本身的物質的量在化學反應中是守恆的,而核裂變是原子核內的核子發生變化,U235--&>Np237--Pu239,完全不是以前那個元素了,乏燃料中的Pu239它不是自然界中濃縮提取來的U235了,是通過核裂變新造出來的。題主可以溫習一下質能方程,了解一下核電和火電的區別。U235和Pu239的放射性,不可同日而語,核燃料和乏燃料的放射性,不可同日而語,我們摒棄複雜的數據,來一個直觀的說法:新的核燃料棒元件,你可以把它拿在手裡,正如某領導去核電站做的那樣,不會有任何問題,堆里卸出來的乏燃料元件,你去拿拿看,分分鐘死在當場!
Pu239隻是乏燃料中的一种放射性元素,乏燃料中還有十多種高放射性的裂片元素。核燃料放進堆之前完全是鈾,卸出來的乏燃料是幾十種亂七八糟的高放射性元素的混合物,你且這麼理解吧。
下面我們來看看題主說待處置範疇的核廢物,那麼要進入閉路循環的乏燃料暫不在我們討論的範圍,我們來說說需要貯存和處置的核廢物。
放射性對人體的危害分為隨機性和確定性的,隨機效應,你可能基因變異,得癌症,白細胞增多,也可能什麼事沒有。確定性效應,放射性大到一定程度,你必然頭暈目眩嘔吐痛苦潰爛甚至一分鐘掛掉。
不要覺得隨機效應無所謂,在單獨個體上不一定反應出來,但是在人的群體中,這種有害的概率是明顯增高的。
高放射性三廢稀釋排放後,環境本底升高,一時達不到把你照死這種級別,但是不加控制都來稀釋排放的話,用不了幾年,本底很快會升高,你和你的小夥伴們,本來是一百個健康的人,可能四十個發生癌變, 當然不一定是你,接著稀釋接著排,到切爾諾貝利事故的水平,好嘛,直接不適合人類生存了。
因此國家禁止任何形式的高放廢物經稀釋排放,各國皆同。
最後,我們再說說題主提出的深海處置。處置廠的選址建造和運營,這是一個嚴肅的話題。以西北某中低放廢物處置場為例,它的設計壽命是300年,它可以接收的只是中低放射性的廢物,比如醫院,學校,輻照站產生的放射性廢物,300年後處置場便是朽壞了,這些放廢的放射性也衰變到可豁免的水平。就是這樣一座只能接受低中放水平的處置場,它也是數百專業人員精心工作得來的結果,它的地質條件,地震條件,洪水周期,建築結構,腐蝕條件,防護條件,安保設施等,無一不是經過多次論證才確定的,只是為了保證它能經受300年考驗不出事,在300年內經受得住一切風雷地震恐怖分子襲擊。
高放廢物的處置的要求比它更嚴苛,放射性高且半衰期很長的廢物,對處置的要求也越高。莫說設計建造了,就是選址,放眼全國,滿足高放深地處置岩層條件的地方都沒幾個。
大家盡可以腦洞大開,深海,甚至月球都可以想,但還是得通過嚴肅論證。先問一個最基本的:用什麼材料的容器來保證它能經得住海水的腐蝕?
某些意義上來說,月球都比海洋更安全。
既然看到這個題目還是答一下吧。與題目相關的內容樓上都答得很好了,不過評論里問到的一些問題貼在這裡。
1,樓上已經說了,核廢料的輻射遠高於核燃料(僅限於鈾235)。
補充下,實際上自然界的原礦石(鈾礦)和其製成的低濃縮燃料(核電站使用的)基本上沒有輻射,低到什麼程度呢,基本上可以直接接觸。
原因是這樣的:我們都知道鈾礦石里最多的是238,只有少量的235.,鈾礦的放射性來自這少量的235。同時眾所周知,235的半衰期很長,是7億年。但這並不意味著235的衰變非常快,相反,因為其半衰期很長,反而其衰變非常緩慢(同樣多的物質,衰變期更長,反應時間更長,相對的單位時間內反應的速度就比較低)。
而核燃料開始鏈式反應以後,235裂變成為多個核,這些新核稱為裂變產物,核廢料的輻射主要自於這些裂變產物(或稱裂變碎片),而非235。他們是原子量更小的新核素,半衰期有長有短,最麻煩的是中等半衰期核素。中等半衰期核素在單位時間放出能量更多。導致核廢料的放射性比原礦石強很多很多很多。
因此我們可以看出,半衰期並不是越長放射性越強。短半衰期的核素(短到幾秒)可以在一分鐘內衰變玩,所以只要儲存一下就沒有放射性了。長半衰期的核素(幾萬年)意味著放射性長期保持,處理起來比較麻煩(不僅出於輻射,也有化學毒性的考慮),但相同質量的核素在單位時間內放射性遠比中等半衰期核素低。
2,題主 @余其宅茲中國 向樓上提問,正好我知道這事,所以厚著臉皮回答下:@余其宅茲中國:再來問答主一個問題:乏燃料的處理上有沒有物理性的方法?比如用什麼粒子、射線之類的去照射乏燃料,讓它再進行核反應變成一些半衰期較短的元素。有沒有可行性?
ADS(加速器驅動次臨界潔凈核能系統),使用加速的質子流對核廢料的靶核進行轟擊,使之嬗變為低放射性的其他核素。目前這個項目中國還在研究,世界上也沒有其他成熟的廢料解決辦法。
ADS先導專項強流質子超導直線加速器原型樣機連續波質子束成功出束----中國科學院近代物理研究所
這個是蘭州近物所的項目,是ADS的先導驗證項目,質子源才出束,我去年實習跟的老師就是負責這個質子源的。去年的時候說貌似高能所也在做這個,雙方正在爭這個項目,誰的先導項目做得好,現在不太清楚了。
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3,一個與本題完全無關的問題:
張明:為什麼強輻射能在幾分鐘內致死?
強到一定程度可以直接殺死細胞,生物是由細胞組成的,so~
但是一般輻射不會有那麼強,造成細胞的損傷在人體自己能修復的範圍,所以未必會產生影響。也有可能輻射強到可以改變遺傳物質(DNA等),因此也許會造成關鍵細胞的突變,不會自然凋亡,而是變成癌細胞,然後癌變;也許對本人沒有影響,卻能造成下一代的基因突變(這叫輻射損傷的遺傳效應);也有可能對無關緊要的細胞受損後自然凋亡,沒有任何影響。
而且以上幾種情況,都是概率事件,現在沒有任何確定的數據證明到了什麼劑量一定會出現什麼後果,而且與人也有關係。有的人受到強輻射毫髮無損,有的人則受到輕微輻射就有可能癌症,所以我們只取一個目前來看對絕大數人無影響的劑量作為安全劑量。
張明 回復 Blue Sea
如果是細胞死亡不可能幾分鐘之內就死吧?那個估計是幾天之內器官衰竭而死。長期效應應該是基因突變,導致癌症。但是幾分鐘之內死亡的原因應該不是細胞死亡。我猜可能是神經系統或者大腦被輻射的熱效應或者電離效應破壞而死,不知道對不對。猝死的原因無非那麼幾個,可以排除中毒,窒息和失血。心臟衰竭估計可能性不大,最大的可能應該就是神經系統和大腦系統出問題了。
我剛看了一下資料,如果輻射足夠強,細胞真的可以直接死亡。但是目前我們看到比較強的強度(切爾諾貝利接觸到最高輻射值的人),結果都是病人可以存活幾天,少有當場死亡的。
詳細的作用機理還是挺複雜的,射線對細胞,有可能是直接作用於細胞,也有可能作用於細胞附近的水,最後的結果,要麼是細胞直接死掉,要麼是產生自由基再與細胞反應。
細胞死亡的方式,有間期死亡(不分裂直接死亡)和增殖死亡(分裂一二代之後死亡)。
間期死亡的一類是不分裂或分裂能力有限的細胞,如淋巴細胞和胸腺細胞,受幾百mGy照射後即發生死亡;另一類是不分裂和可逆性分裂的細胞,如成熟神經細胞、肌細胞和肝、腎細胞等,需要照射幾十至幾百Gy才發生死亡。
增殖死亡包括骨髓細胞等。
不論是間期死亡還是增值死亡都與生物大分子(核酸、酶、蛋白質)受到損傷有關。
如果細胞死亡,只要不算太多,可以恢復。比較麻煩的是受損細胞不按照程序凋亡,可能會癌變。
作用的結果,熱效應沒聽說過,雖說是因為能量沉積,但是不完全是熱量。
輻射可以損傷的,幾乎所有的細胞器和生物大分子(核酸,蛋白質,酶)都有可能,到系統層的話,按照作用時間和對輻射敏感度的程度各有不同。
最敏感的器官是性器官,因為包含的遺傳物質防護比較弱。
其次,造血系統,因為骨髓細胞也是比較敏感的,所以損傷後可能造成造血障礙。
消化系統也比較敏感。所以受到輻射的早期病徵有嘔吐等現象。
皮膚因為暴露在外,受到損傷比較明顯。
長期來說,比較麻煩的是癌變,包括白血病等病症,就是因為受損細胞沒有凋亡導致增殖失控等引發的。
核燃料的生產雖然是以從自然界獲取的鈾作為原料,但大量人工放射性的產生卻是必然的。從核裂變中獲取能量的必然代價就是,當富含中子的重核裂變之後,釋放出中子和作為重核裂變碎片的新原子核,後者主要是相對於天然穩定同位素而言富含中子的放射性同位素,會通過衰變變成某些穩定核素;同時大量中子在反應堆中與核燃料和結構材料等堆內物質作用,產生感生放射性,其中不乏壽命較長並且放射性很強的新核素。這些新的放射性物質有著數秒到數十萬年不等的半衰期,導致乏燃料當中含有巨大放射性總量,一座核電站內大約60噸核燃料的人工放射性大致需要一條長江的年徑流量(萬億立方米的水)才能稀釋到天然鈾礦的水平。
乏燃料
乏燃料如果不後處理,可以3~10年的冷卻後,中期(30~50年內)可以在乾式或濕式設施中較經濟的儲存,由於核燃料的總量相對較少(全美核電運行至今的乏燃料總量約五萬噸,理論上一個標準橄欖球場可以擺下),在可預見的未來內繼續中間存儲或者後處理都是經濟的。如果不後處理,乏燃料需要地質處置很長時間,後處理可以大大縮小需要地質處置的放射性廢物體積,回收可作為燃料利用的鈾和鈈,雖然在目前這種回收並不經濟。
回收的鈾雖然有0.9%左右的富集度,但由於含有中子毒物U236,因此濃縮相對於天然鈾需要額外的分離功;這樣核燃料後處理的成本主要由另一種產品鈈來承擔,所以由鈈製成的MOX燃料價格昂貴,比新的低濃縮鈾燃料還要貴;而不生產MOX燃料,儲存鈈價格也很貴。所以只有核燃料需求緊張,並且地質處置費用較高的歐洲國家和日本堅持核電乏燃料商用後處理。
後處理後的廢物
乏燃料後處理之後還會得到放射性廢液和固體廢物,絕大部分鈈和鈾作為燃料被回收,部分後處理廠也回收鎿,其中需要進行地質處置的主要是高放廢物,放射性來自於裂變產物、錒系元素。一座100萬千瓦的壓水堆(PWR)電站,每年卸出乏燃料約25t;其中含有可循環利用的鈾約23.75t, 鈈約200kg,中短壽命的裂變產物(FPs)約1000kg;還有次錒系核素約20kg,長壽命裂變產物約30kg。
核設施運行退役、後處理過程除液體外,還產生固體放射性廢物(活化金屬、廢樹脂等等),中低固體放射性廢物通常掩埋處置,產生高放射性廢物(除高放廢液固化物外,主要是燃料包殼)也需要地質處置。
對於環境而言,部分放射性較強的物質由於半衰期短在幾年內會衰變完,而大部分裂變產物核素會在千年內衰變完,需要考慮是可靠排除其發熱並長時間儲存不至於泄漏的形式,目前核燃料循環工業所採用玻璃固化方法基本上可以解決這部分廢物,通過可靠的長期地質儲存而保證較長時間內不進入環境——目前認為可以保證在良好的地質處置場中1萬年內(工程設施1000年左右,地質屏蔽10000年左右),玻璃或陶瓷固化體中的放射性物質不會大量進入環境,尤其是地下水。但萬年尺度上,高放廢物的儲存很難確保不進入環境,這部分風險主要集中在長壽命裂變廢物LLFP、次要錒系元素MA(除鈾、鈈以外的錒系元素)。
需要說明的是如果高放廢液不進行固化,就比較麻煩,一來後處理廢液中大部分是硝酸鹽,強放射性會產生氫氣有爆炸可能,二來後處理廢液多是酸性,腐蝕性嚴重,三來發熱量大,液體散熱不良會沸騰,並且由於可裂變物質的濃縮可能會臨界。所以大部分後處理場會將高放射性廢液和固體廢物固結在玻璃體中(通常是硼硅酸鹽或磷酸鹽玻璃),目前也有在研究陶瓷固化的。中放廢液可以濃縮,或通過水泥,瀝青進行固化,但應當減少其中的鈈等錒系廢物殘留。低放射性廢物則通常直接稀釋後排放。核燃料後處理過程設計上盡量減少放射性廢物的產生,所以某些工廠低放廢液會循環利用。
後處理過程中還會釋放大量的放射性氣體,主要是惰性氣體氪、氙的同位素,還有氚和碳14。放射性碘也會以氣態形式釋放,後處理廠通常通過延長儲存期減少半衰期短的放射性碘釋放,即使如此剩餘的絕大部分碘需要以被化學方法回收,但在核電站或後處理廠事故中極為棘手,尤其是半衰期更短的碘131,通常以滯留為主要手段阻止嚴重事故下的大規模釋放。氚排放總量巨大(由鏈式反應中的三分裂,鋰硼等反應堆化學、反應性控制物質的核反應產生),但易於稀釋;碳14放射性較弱,惰性氣體難以形成內照射,一般也是稀釋後排放,當然目前部分後處理設施也會回收半衰期較短的放射性氪,以減少放射性排放。
地質處置場
出於地質處置場的提供1萬年的隔離能力的需要,地質處置場/庫的選址、設計、建造、性能評價就極為複雜。通常是花崗岩、凝灰岩、粘土岩或岩鹽幾類岩石的完整岩體,岩體的地質穩定性、孔隙度、地下水類型、化學熱學和力學性能均有嚴格要求,在一定深度(300~1000m)上建設硐室,將固化物封裝金屬容器中,在容器和硐室間填充膨潤土作為工程屏障。直接儲存乏燃料的處置場,還需要考慮取回。
最主要問題是深部處置場均處於地下水的飽和帶,難以避免漫長的時間內地下水不進入處置場,一旦地下水進入,膨潤土、金屬、固化物遲早會失效。當然工程遠遠沒有這麼簡單,實際上還需要考慮如何選擇符合條件的場址、如何評價場址的適宜性、如何選擇隔離高放廢物的工程屏障材料、如何設計和建造處置庫、如何評價上萬年甚至更長的時間尺度下處置系統的安全性能等一系列重大科學和技術難題。重大科學問題還包括處置庫場址地質演化的精確預測、深部地質環境特徵、多場耦合條件下(中(高)溫、地殼應力、水力作用、化學作用和輻射作用等)深部岩體、地下水和工程材料的行為、低濃度超鈾放射性核素的地球化學行為與隨地下水遷移行為以及處置系統的安全評價等。這些項目多數是跨學科、需要長期性研究的問題,總而言之,需要持之以恆的在這一系列問題上燒錢。
分離嬗變策略
MA當中大部分核素兼具重金屬的化學毒性和放射性,並且半衰期長,多在數萬年甚至數十萬年。主要是鈈、鎿、鎇、鋦,鈈可以作為燃料,MA都是重核,可以在快中子譜的反應堆中嬗變,但目前沒有成熟技術分離MA核素,並且MA會引入正反應性,造成嬗變堆和能源用快堆在設計上區別很大,安全性堪憂,而加速器驅動的次臨界反應堆(ADS)由於中子能譜更硬,通量更高,安全性更加好,更適合嬗變MA。
主要的LLFP比如鍀99,碘129,硒79,錫126,銫135,半衰期都比較長。其中前兩種核素鍀99,碘129半衰期長,性質活潑,並且易在生物體中富集,並且中子截面較大,是分離嬗變策略的主要研究對象。硒79,錫126中子截面較小,銫135由於需要同位素分離,所以是否進行分離嬗變是有爭論的。
將LFFP和MA從高放廢液中分離嬗變,縮短放射性廢物地質處置停留時間的燃料循環策略,是閉式循環燃料體系的進一步發展方向。一般認為可以將需要進行地質處置的放射性廢物體積減少到原來的1/20,放射性毒性降低兩個數量級,但在技術上離成熟有相當長的距離。
國際法與海洋的總容量
不向海洋傾倒核廢物主要是出於國際法考慮。《防止傾倒廢物及其他物質污染海洋的公約》通常簡稱「1972年倫敖傾廢公約」或「倫敦公約」,規定禁止向大洋傾倒放射性廢物。倫敦傾廢公約出台前,俄國人甚至向海洋直接排放高放廢液(核武器原料鈈生產過程需要後處理大量生產堆乏燃料),同時期西方國家只向海洋排放中低廢液,巴倫支海、白海、喀拉海因此受到污染,當然蘇聯更多的是直接將高放廢液注入地下。蘇聯向自然環境直接排放的放射性廢物達到約17億居里,其中16億多被注入了地下深井,餘下的被排放在海洋和內陸湖泊中,這些排放大約是切爾諾貝利事故即時排放值(8000萬居里)的20多倍。
如果拋開倫敦傾廢公約,最早是設想將放射性廢物地質儲存在深海底部,後來則考慮由類似地下處置場的密閉容器儲存在海床的深海沉積物乃至洋殼中鑽孔內,後者曾經被認為是一種比較安全的地質處置策略。
海洋中自然放射性元素鉀40,銣87的總放射性約為4400億居里。輕水堆乏燃料(33GWd燃耗)卸出冷卻半年後,放射性總活度約300~400萬居里/噸,十年後下降至約30萬居里左右。而全壽期為60年代百萬千瓦級核電站在其壽期中至少要卸出1500噸乏燃料。以海洋的容量之大,現有人類核利用累計產生的核廢料(全球僅商業核電站就積存近20萬噸乏燃料)總的放射性與之海洋天然放射性總量已經只有一個數量級上差距了。而且由於海洋傾倒的不均勻性和放射性核素可能發生的生物富集,向海洋直接排放放射性物質作為放射性物質的最終處置方案顯然是不可行的。
由於鈾礦生產使用水冶方法,鈾礦石被酸或鹼浸後浸出鈾醯離子;鈾礦伴生的衰變子體,主要是鐳的同位素會在尾礦渣中存在,由於大部分水冶場採用酸浸,礦渣呈強酸性,如果處置不當會造成水和土壤的污染。冷戰中美蘇鈾礦開採量巨大(當然80年代以後用於核電的鈾生產也很大),伴隨的尾礦和冶煉渣中的總放射性活度均達數十萬居里,不過目前鈾礦生產重心已轉向原地浸出法(開發可地浸砂岩鈾礦),此種方法污染較輕,鈾的放射性子體被滯留在地下,主要是需要防止生產過程中地下水被酸和鈾礦溶液(很稀)污染,良好的地下水監測體系可以起到很好的控制作用。
子體氡的污染在鈾礦尤其是地下鈾礦山生產中危害非常大。氡也是日常生活中重要的背景輻射來源,嚴重污染時致癌。
問題很大,核廢料的處理是一個系統的工程,處理難度很大。做個簡單的解釋吧
核廢料不同於核原料。由於裂變反應和中子俘獲效應產生了數十种放射性元素,其中部分放射性活度非常高危害巨大。所以呢怎麼稀釋?今天稀釋了明兒就不稀釋了嗎?一般來說只有極低放射性的廢料才會有稀釋。核廢料一般按照放射性的強弱分為高中低三種,中、低都可以處理,高至今還是難題,只能地下深埋。
1,高放廢料衰變到無害水平,需要數百年甚至幾十萬年,........等沒毒了,反正你我也等不到我就不說了。當然核電站中輻照產生的乏燃料在取出之後還會弄一個鈈,鈾還原萃取的流程(PUREX),此流程之後剩下的就是高放廢料了,這裡有兩種,高放廢液和高放廢物。廢液經過固化(玻璃固化)然後埋在數百米深的地下鹽礦中,等兒孫孫孫孫孫們來給我們擦屁股!好無奈有木有。除此之外還有個分離-嬗變處理方法,就是把毒性最強,半衰期最長的次錒系元素Np、Am、Cm和裂變產物I129、Tc99給分離出來,於是呢剩下的就變成中低放廢液了,同時提取出來的這些錒系元素和裂變產物嬗變成短壽命核素,有效減少高放廢液,安全的成本。目前這裡數國內清華的TRPO和法國的的DIAMEX流程最有前景....廢物沒有處置辦法,只有深埋做「最終處置」。
2,中、低放廢物就好辦多了,弄個水池扔進去冷卻,因為衰變周期短所以一段時間後放射性就不強了。剩下的廢物就該排放的排放,該稀釋的稀釋.........
就這樣,木有了
關於看書,說句題外話:《少年包青天Ⅰ》(突然想起那時候鼻孔哥還很紅,時光如水,歲月如梭,How time flies!),記得第四單元《殿前揚威》那一段,包拯他們剛到京城,整條街都在賣各式各樣諸如《龐太師與我娘親二三事》之類葷腥不忌的手抄本小說,記得小展昭還很興奮地要去買,被包拯阻止了……
為什麼阻止?
※※※萬※※惡※※分※※割※※線※※※
大學的時候,有一次老師問我:「你們《原子核物理》是誰寫的?」
我當時愣了,錢鍾書不是說過假如你吃了只雞蛋,覺得很好,何必去找下這隻蛋的雞呢?
陶淵明也說不求甚解。
後來我才逐漸明白,看書的確要看作者、看出處、看出版社等諸多信息。
比如方舟子,他一學生物化學的,畢業後不從事本專業,倒玩起了筆杆子,他站出了說武漢協和醫院核泄漏,你認為可信嗎?他連「核泄漏」是什麼意思都沒搞清楚。又比如,某著名院士用理論物理證明「三個代表」和「八榮八恥」的科學性,說物質無限可分,最小有無子(無產階級)、前子(前進)、毛子……還比如,核某院出身的專家做設計評審的時候說某廠房消防水母管太粗,水流速度與管道截面積成反比,太粗的母管會讓水流速變慢,流速慢就會有沉積,沉積就會堵管……所以,消防水管越細越好!——但,果真如此么?好像有哪裡不對?這個專家也不是給排水專業的……
※※※如※※花※※切※※割※※線※※※
一段不專業,或有利益捆綁,或本身帶有某種主觀情緒的文字,其可信度是值得商榷的。孟子曰:「盡信書,不如無書。」就是這個道理。讀萬卷書,不如行萬里路!
??白※※首※※太※※玄※※經??
關於為什麼不沉塘(把放射性廢物沉到深海大洋底部)?有兩個問題:
一、不是沒有深海生物,只是沒發現;隨著人類下潛深度不斷刷新,深海生物相信會逐漸被發現。關於生物富集,2011年日本福島核事故,從洋流來看,日本暖流北上,與千島寒流匯合成北太平洋暖流,洋流擴散明顯是把放射性核素衝到美國西海岸;但中國東部沿海仍有放射性超標,這就是生物作用了,魚類索餌、迴游、排卵等(此處需專業的魚類研究人士核實一下);此外,還有人類進出口貿易(天朝海關也是有老虎和蒼蠅的,當然,這不算生物富集。);還有一點是當年某些環保部門把測沒測到放射性當政治任務做了,好像沒測到放射性就是沒完成任務之類的,導致像內陸某些省份「被」放射了……
二、前段時間看到某投集團管理崗一老大說了句處置場不好選址啊,擱哪兒哪兒反對,你們看看在填海層做可不可以?有沒有可行性?於是下邊明知道不可以,卻因為企業文化中對執行力的要求,風風火火煞有介事地開啟了一場論證,從法律法規到技術層面,甚至還提出了個似是而非的理論:深海水壓大,可以更好的把放射性核素「壓」在混凝土塊中出不來……但真是這樣么?抓一塊泥巴,搓了又搓,裡邊裹上一勺鹽巴,扔到魚缸里,看魚兒會不會被咸死?
※※※萬※※惡※※分※※割※※線※※※
關於稀釋問題,法規是不允許的。核廢料和核燃料不一樣,燃料確實由礦石中提煉加工而來,但進到反應堆,裂變之後放射性就呈數量級增加了。沒進反應堆前,可以用手拿;從反應堆出來,那劑量不加屏蔽,來多少人死多少人……高放廢水活度成千上萬居里每升(Ci/L),本底水平的水活度小於1貝克每升(Bq/L),相差13~14個數量級,一滴高放廢水污染三條長江妥妥的沒問題,所以,用海洋來稀釋所有放射性廢水是不行的!值得一提的是有人可能會斷章取義用「一滴高放廢水可以污染三條長江。」來說放射性的危害性,增加公眾對放射性、核輻射的恐懼心理;關於這點,有個假設前提是一滴高放水在三條長江里充分混合!顯然,我們不可能眼看著水資源被污染,在此之前干預是必然的!這也間接說明了用海洋稀釋高放水的不可行性:充分混合需要很長時間,就算天朝法律允許,其它國家也會反對……這是對環境的肆意破壞!
其實吧,換個角度說,可以扔到大海裡面的~你可以去查查歷史資料,其實有好多艘核潛艇,好多個核彈頭,好多個核廢料桶確確實實是因為各種原因被扔掉了大海深處,有的有意,有的無意,有的壓根就是蓄意~誰讓大海這麼大呢?你看日本福島核事故時候不就是臉不紅心不跳的默默的就排到大海裡面去了呢?別人是遠海,它近海就敢排的~就是不知道這麼干哪一天會不會造成什麼嚴重後果~
核廢料難處理主要因為它有放射性,還有就是一般組成成分太過複雜~放射性意味著對人體會造成傷害,所以必須採取嚴格的保護措施。組成成分複雜,意味著分離處理難大~短壽期的核素放置半個月基本就沒有放射性了,長壽命的例如銫,鈷之類的到你孫孫子了還在,放射性又強~放射性強的又會放熱~妹啊,你說難不難處理?
英國早期的做法就是排進英吉利海峽.........
但現在核廢料的量和人們對環境的重視程度都不允許這麼幹了。高票答案已經說得很好了,核廢料中除了鈾之外,還包括了大量放射性或毒性遠超過鈾的元素,比如銫。現有的處理流程或者是玻璃化以後在地質穩定的地區存儲,或者提取部分有用的元素(如鈈)之後再地質處置。順便說一句,美國人是直接玻璃化因為他們不缺鈈。
這個問題的人氣怎麼一下子變成這麼旺?之前我網上搜集過一些資料,有粗淺的認識,但是不懂的的地方更多,畢竟都是理論上的東西,也不是從事這個行業。其他人對這個問題的回答有很多有價值的地方,但不是很嚴謹,因為這個問題對每個國家都是個懸而未決的難題,不可能一下子說的清楚。若想真了解的這方面的知識,我給題主提供一個鏈接:第六章_核燃料循環,這個PPT介紹的比較詳細,圖文並茂,好好看吧。還有一個叫核電-北極星核電網,裡面有核電站後處理的新聞,介紹的也比較具體,有興趣的話可以到裡面找找。不想找的的話,可私信我,我給你傳一些後處理相關資料(網上找的)。
終於看到跟自己專業有關的問題了好開心。。。。
核廢料危險么?危險。為什麼危險,樓主說的都不算什麼,危險最關鍵的是放射性物質對生物技能的改變,如果你是變形金剛當我沒說。可是大家都是靠DNARNA組合蛋白質的生物,減數分裂時一點點改變到最後實際人體上可能是非常恐怖的蝴蝶效應。你說如果改變導致丁丁28厘米當然是好的,可是如果改變了以後你的孩子出現了20雙眼睛呢?安樂死了他或者留著沒事幹看著麻應自己?
跑題了,那麼現在回答下核廢料的問題。
首先全世界都在找一個安全的,穩定的,長期不變的地方作為核廢料的埋葬地。
在此對頂樓的回答表示懷疑,我沒有在中國處理過核廢料不太了解。但至少我的項目20000年的穩定時間都是不可以去儲存核廢料的。
核廢料可能會因為任何一種原因泄露出來,地震都是大的,哪怕是岩石fracture形成是的地下熔融熱液作用都是核廢料形成的主要原因。而且核廢料會沿著地下的節理裂隙一點點的滲透,等大家發現這裡泄露了可能都已經被污染了100年以上,將會無法治理而且出現像現在切爾諾貝利那邊的事情。所以核廢料處理很重要。妹的不重要我以後憑什麼吃飯。。。。
挖個坑。。。有事情要處理下,回來繼續補充埋藏問題和為什麼不用海水稀釋。
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回來繼續說。。。一個頂都沒有。。。真是不想打了。
我先說下我的項目,七十年代,一幫地質科學家發現CR地區很穩定(這個地區我就不泄露了,有NASA的核工業基地。。。泄露了就算是在加拿大也是會被查水表的。。。)。於是開始大量的埋葬核廢料,都是用一種塑料器皿包著鉛塊再包著核廢料。
可惜到了八十年代,很多科學家發現之前的研究純屬騙錢扯淡,哪裡根本不穩定,為什麼不穩定呢,容我慢慢道來
當地主要是含橄欖石的片麻岩,主要都形成於500個百萬年到200個百萬年之前。之後就是冰川啊,克拉通啊,確實穩定。
可惜當地有fracture,算裂隙吧,然後會有地表水和地下熔融水進入形成chloride啊,方解石啊,白雲石啊,石英之類,這都正常。噁心就噁心在底下熔融水等如果經過了我們所造的埋葬地。。。就會溶蝕,不說別的,100年溶蝕不了10000年誰敢保證?于是之前的科學家就開始各種被fire啊什麼的。我現在就在繼續研究看周邊有沒有地方可以埋葬,畢竟核工業基地要是搬家。。。成本有點傷。。。。。。
那麼我研究的時候發現,真的很苛刻。一般來講,認為fracture是最年輕的,現在我研究的fracture mineral幾乎清一色形成於Champlain See 時期,大概在18000到22000年前之間。不好意思,不可以用。因為這點時間對核廢料的處理遠遠不夠!!!!!!!
至少都是能夠上百萬年的穩定時間的,還可以去考慮。想找出一個百萬年級別的穩定區域,真的很傷,什麼沙漠什麼的。。。。都是不能用的
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這個分界線以後,算是普通科普了。
海洋問題在此說下,海水的離子那麼複雜。。。如果埋在在海里。估計什麼材質也扛不住1000年吧,別跟我說什麼鈦,鉭,釩。考慮下成本。那麼很快就會泄露。
是的,理論上100000年後,完全稀釋了。但是之前呢?海底會出現什麼誰知道?1000年的核輻射會把海底動物,比如鯨魚,巨型魷魚核輻射成什麼樣誰能預測?如果有一天突然出現一個8000米高的海綿寶寶。。。還是挺恐怖的。。。
第二個如果埋在海底,看清楚了,不是海里。說真的更扯淡,大洋板塊的穩定性還不如大陸,雖然我不了解,但是估計沒有個1000年也就全泄露了。所以海里真的是最扯淡的想法,還不如像美國一樣沒事幹去芬蘭啊,非洲啊找個地方埋了算了,泄露了也跟自己沒有太大的關係,賠錢唄,錢不夠印唄。
最後在這裡科普一個事情
核廢料的影響,潛移默化,非常慢但是極其不可控。
舉個例子,加拿大安大略省的葡萄,我的老闆無聊測試了下放射性物質,不說別的,氚已經遠遠高於800TU,飲用水其實超過100TU就要報警了。。。絕對是不能喝的。可惜全世界的食品安全都是不測放射性物質的。。。所以沒有人知道。而且也不知道究竟是那個核電站或者核廢料泄露了。但是全省現在的葡萄都遭殃了。
第二個就是日本問題,現在所有打算生孩子還沒有的人去日本玩,都是拿自己孩子的生命開玩笑。我就像問一句,你們就那麼想要一個轉基因的孩子???
所以,我真的想說,一點點莫名其妙的泄露,都是整個省級別的污染,別再說什麼核廢料處理不重要什麼的了。
真的不要那未來去開玩笑,你跟上帝玩,玩不起。
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有什麼疑問我隨時解答。。。頂不頂隨便吧
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以下是對評論中的大眾問題和我極度感興趣的問題做些回答。
首先轉基因和基因突變。
我想大家其實沒有弄懂我的一些調侃語氣,怪我怪我。
我可是給轉基因食物豎旗的人啊。。。。。。轉基因終歸會成為人類食物大趨勢的。。。。。。
無意去黑轉基因,只是在形容孩子的時候,我只是偷換了一個感念,如果沒有記錯,轉基因的確算基因突變的上意詞吧,所以只是用了一個上意詞來形容這個事情。
其次是 @喵喵下面問到的酒的問題
酒就真的很好玩了。。。
加拿大的冰酒,尤其是安大略省產的,我不多說了,葡萄都那樣了酒能好到那裡去。
我只是在此說一下,我的老闆顯得無聊就用isotopic測過調和whisky的年齡,因為單麥芽,紅酒,這些年齡都還能理解。他認為調和whisky的年齡應該有問題,因為調和whisky憑什麼保證年齡是對的。
結果非常有意思,什麼芝華士12和18,年齡一樣。紅方黑方年齡一樣。傑克丹尼尼瑪就木有可測年齡。我老闆那邊只要上年的都是可測的。
最後是半衰期的問題
這邊不是百度。。。你們想知道那些核廢料的半衰期百度下吧,至於有什麼比半衰期更多的問題可以提出來
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12月8日更新。。。。。。
這回是為了日本旅遊問題。。。
我可能跳過了一步沒寫所以大家沒有理解。
記得前一段時間知乎在討論weed。。。中文叫什麼來著。。。飛行員葉子?
這麼說吧,那篇討論中最讓我覺得中肯的一個評價就是weed的不可控性,沒有任何數據證明每個人都會上癮,比如說我。。。一點事情都沒有。但是,我認識有上癮的,有花100萬去戒的。這還不是冰毒可卡因海洛因,只是weed。
日本的事情一樣,感謝下面的 @ss liu問我是否可以提供數據。
確實不提供數據不夠science。。。可是我是地質學家啊,地質,對吧,你們不是說地質不算science因為木有實驗么。。。哈哈哈
核輻射也是這樣的,或許有些人就是沒事,有些人哪怕輕微輻射也會影響減數分裂。。。
所以我的意思或許過於強硬了,但是我還是希望大家不要太輕視一些事情,畢竟誰也不能保證自己就沒有事。而傳宗接代這種事情真的賭不起,輸不起。
多謝 @袁霖 邀請,鄙人雖然是核工程專業,但現在僅僅是本科大二,知識水平有限,前面又有專業人士詳盡解答,就不在用專業的知識給予解釋,在此,我從以下兩個比較通俗易解的幾個方面做出說明,不妥之處還望海涵!
1、請記住題主說的是【核廢料】而非【核原料】,二者本質的區別是,一個是在核反應前的物質,一個是和反應後的物質,大家都知道,核反應是鏈式反應,一旦進行就不會停止,只能在核反應堆進行人為控制。而反應堆也會在一定的時間停堆進行廢料的處理,請注意,這時候廢料是仍然進行著鏈式反應的,只不過比較微弱,但核廢料中放射性核素仍然可以通過衰變放出能量,當放射性核素含量較高時,釋放的熱能會導致核廢料的溫度不斷上升,甚至使溶液自行沸騰,固體自行熔融。
核廢料按物理狀態可分為固體、液體和氣體3種;按比活度又可分為高水平( 高放 )、中水平(中放)和低水平(低放)3種,核廢料的最終處置是指不再需要人工管理,不考慮再回取的可能。因此,為防止核廢料對環境和人類造成危害,必須將其與生物圈有效地隔離,而最終處置的主要對象是高放核廢料,這就得分外小心。
2、國際原子能機構(IAEA)對於核廢料的處理和處置有嚴格的規定,雖然各國處理方式不盡相同,但在科學界和工業界、政府等也都遵循著相關標準,不會隨便操作。人類從上個世紀50年代起就開始了相關研究,曾有人提出用火箭把高放廢料送到宇宙空間、有人提出了冰蓋處置的設想、還有科學家提出將核廢料拋入深海溝等方法,但這些方法不是費用太高,就是在技術上無法實現,再不然就是存在諸多不確定性因素無法確保絕對安全,而這恰恰是高放廢料處理的基本要求。經過多年的試驗與研究,目前世界上公認的最安全可行的方法就是深地質處置方法,即將高放廢料保存在地下深處的特殊倉庫中永久保存。所以題主所說的方法早就有人提出來,但存在諸多問題不能被大家普遍接受。
第一次這麼正式的回答問題,很多還是百度的,所以答的不好還望海涵,大二學生一枚低調路過而已。。。好巧看到自己懂得東西~^_^
我們院就是專門研究高放廢物處理的,神馬深海處理啊月球計劃啊南北極冰層下掩埋啊按現在的科技來說都是不可能的啦。國際上各國已基本達成共識高放廢料(主要是核電站乏燃料和軍工核肥料)的處理辦法都是深地質掩埋,處置庫建造大體步驟為:
(1)全國範圍內進行地質勘查選址。
(2)在最終確定的選址上建造地下實驗室,並進一步研究論證和解決各種潛在安全問題。
(3)建造高放廢物處置庫,投入運營和進行後期維護。
其實像法國、美國、瑞士都已經走在前面啦,人家基本都是要進入第三階段的銀了,,,我國相關方面研究起步太晚(86年才開始)預計在2020年開始建立處置庫地下實驗室,也就是5年後開始第二步。。。現在有三個場址預選區(不出意外的話甘肅北山會成為我國第一個高放廢物處置區)。
那麼問題來了,為毛處理個乏燃料進度這麼慢,不就是挖個坑把東西埋了嗎?美國他們都搞了辣么多年為啥也沒最終敲定?因為是高放廢物啊親,有的乏燃料半衰期長達億萬年,有毒且持續放出大量熱,所以需要處置庫建在地下500~1000米之間並且保證核素遷移與生物圈的完全阻隔。一系列苛刻標準導致現在國際原子能機構對處置庫的安全穩定性要求是一!萬!年!想想世界上有幾個建築是撐了千年以上沒壞的。。。
現在各國核電站乏燃料都只是暫時存放在核電站里,中國現在正在大力發展核電,核廢料處理問題日趨嚴峻。像法國那樣的核電大國土地小國其實現在很焦急有木有!幾千上萬噸以後慢慢會變成幾十萬噸的核廢料與退役的核電站蹲在那裡很不安全維護費用很高有木有!希望米國各黨派大大們別為處置庫放在哪個州互相掐架了,快把處置庫建出來我大china好好幫你評測一下安全性!
乏燃料中的放射性主要來源不是鈾,而是核燃料被輻照後生成的錒系次錒系核素... 對於鈾,衰變放出的是α射線,防護起來相對容易;而乏燃料中還有比較難防護的βγ射線。而且這些東西除了放射性,還有化學毒性,沒記錯的話還有衰變熱,搞起來很麻煩的...
大四狗沒好好聽課,不過應該不會有比較明顯的錯誤吧...把污染問題訴諸於稀釋是我見過的最蠢的想法,歐洲最初發展工業的時候,美國最初大搞汽車的時候,人們驚喜地享受科技進步帶來的化學成果時,大家都是這麼想的,「我們人類排這麼點污物,還怕對這麼大的地球造成什麼影響嗎?」
結果大家都能看到,搜一下「二十世紀十大環境公害」就行,據說現在還有人搞出了「新十大環境公害」,可見這個問題根本就無法訴諸於自然稀釋。
《沉默的春天》都成真了,何況是比化學農藥危險得多的核廢料,至於其危害性高分答案也說過了。
核燃料是天然的,核廢料則不是,兩者的危害是不同的你這個問題在偷換概念。
福島排出的是含有放射性物質的水,正常情況下,一迴路水只含有微量裂變產物和微量活化後的腐蝕產物,放射性遠遠低於一根乏燃料棒,不能相互比較。
可以把核電廠核裂變的過程理解為解開惡魔的封印,惡魔被封印前,危害很小,但封印解除後,你再怎麼稀釋,他還是有很高的放射性。
反應堆產出的核廢料幾乎是沒有辦法處理的,那些核素壽命不同,有的幾十年就能衰變完,比如Co60,有的卻要衰變上億年,比如Pu239,這是恐龍出現到人類出現的間隔,而Th233的半衰期已經超過了宇宙的歷史。
我知道可以用中子轟擊核廢料的原子核,使其變成其他種類的,放射性低一些的元素,這就是樓上講的,也是唯一談得上解決問題而不是迴避問題的解決方案,可這個方法你知道有多扯淡嗎?用這個方法也可以量產黃金,只要給我處理核廢料的中子產生器,再給我一堆鉛塊,我就可以點石成金,呵呵。這個過程在物理上叫做嬗變,目前還處在科研領域,這事不像建個核電廠能拿到錢,也極難出成果,幾年也發不出一篇SCI,在這個領域,也看不到突破瓶頸的希望。就這樣把問題留給了我們的子孫後代,可萬一他們解決不了呢?
滄海變桑田,有誰能保證核廢料儲存的地點不出事?
現在領導們想的,無非是反正在任期間也不會出事,不如利用核電多掙錢,何必為了未來的問題而苦惱?真是在利益的驅動下,便沒有了畏懼,直到福島事件給了大多數人狠狠地一擊。
諸位也看到了,國內的核電正在蓬勃的發展,用的還是從美國進口的AP1000反應堆,可笑的是,美國人自己卻不用,為什麼呢?因為美國人70年代後就沒有新建核電廠了……
法國是核電大國,你知道他們把廢料埋哪裡嗎?呵呵,埋在與德國接壤的邊境,這真是護國利劍啊!
這些話,多是危言聳聽,但我真的想讓你們知道,核廢料問題在可見的幾十年,是不會得到解決的,百年之後呢?我也不知道,我只希望最壞的預計不會發生。
半衰期太長,沉在海底還是一樣繼續存在,起不到處理的作用
核廢料不易發生反應,無法通過化學反應轉化為其他物質進行處理
核廢料很難處理與處置的原因就是
1.輻射
2.半衰期長
3.不易與其他物質發生反應
環境稀釋是最自以為是的想法……安理會五大流氓擁有的核武器足以毀滅地球N次,這些武器里的核原料都是來自地球本身,為啥幾十億年過來一點兒事兒沒有?富集,提純,精鍊,濃縮……全套下來等做成了彈頭,量變就引起質變了~現在的技術無法對核廢料進行無害化處理,只能嚴密封存。至於以後……呵呵,前人砍樹做棺材,哪管兒孫曬不曬~自己想辦法去!
看完諸多回答覺得光熱發電是多麼優秀的新能源~
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