浅谈“核废料”的处置与利用 [复制链接]

第5版()
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浅谈“核废料”的处置与利用
清华大学教授、副校长　滕藤
清华大学教授、校学术委员会副主任　汪家鼎
我国已确定适当地发展核电，到本世纪末将有一批大型压水堆核电站投入运行。随之而来的是用过的核燃料如何处置的问题。为了建立我国自己的完整的核燃料循环系统，无论是从利用铀资源上还是从安全上考虑，核燃料的后处理和放射性废物的最终处置都是必不可少的。
压水堆核电站需要不断卸出用过的燃料和补充新燃料。新燃料的成分是含3.2％左右的铀—235和96.8％铀—238的低加浓铀。它在压水堆中燃烧之后，还剩下铀—235约0.76％、铀—238约94.3％，以及钚、镎、镅、锔和裂变产物等放射性元素。这些核素含有很强的放射性，但大部分都是很有用的。后处理的任务就是用化学方法把用过的燃料分成铀、钚和强放射性废物。回收的铀、钚用于制造核燃料元件再返回反应堆使用，而强放射性废物则经分离或直接固化，使之具备安全处置的条件。这对核燃料来说形成了闭合循环，既经济又安全。
目前，许多发展核电的国家都主张采用闭合的燃料循环，并把由压水堆获得的钚用作快中子增殖反应堆的燃料。这对铀资源开发能力还不够大的我国来说是十分重要的。世界上已有好几个国家掌握了压水堆核电站用过的燃料的后处理技术。我国军用后处理技术已有多年经验，近些年来又对压水堆燃料的后处理技术进行了多方面的研究工作，经过努力，在短期内完全有可能全面掌握这一技术。
用过的核燃料经后处理得到的强放射废物，是由镎、镅、锔等超铀元素和裂变产物两部分组成，可用两种办法进行处置。
第一种办法是把废物直接做成玻璃块，埋入深地层使它与生物圈长久隔离，一直到无害为止。这种强放射废物的玻璃固化技术已经比较成熟，经过多年研究表明，这是最现实的办法。一百万千瓦核电站一年产生的强放射废物玻璃固化块的体积大约只有二点五到三立方米。把这种固化块密封在金属容器中，再埋到几百米到上千米深的岩盐或结晶岩地层中，周围填以具有离子交换容量大的覆盖层，如膨润土、粘土等。据计算，即使在发生岩层断裂、地下水进入的情况下，放射性物质要扩散到地面也需要几十万年。
为了进一步提高最终处置的安全性，科学家们还在研究另外一种办法，即分离—嬗（音善shàn ）变法来消除超铀元素。它是用一种高效萃取剂先把镎、镅、锔等超铀元素从强放废物中分离出来，然后再送到反应堆中去用中子嬗变使它们变成短寿命、低毒性的核素。这样一来，废物中主要只剩下半衰期为二十八年的锶—90和半衰期为三十年的铯—137了。大约经过二十个半衰期（六百年），放射性可降到对人类无害的水平。如果再把锶、铯也提取出去，剩下的核素半衰期最长的也只有二至三年，经过几十年即可变为无害。
从强放废物中回收超铀元素和裂片同位素并开展相应的应用研究，是一个十分重要的问题。一方面化害为利，变废为宝，一方面使强放射废物的最终处置变得容易解决和更加安全，各国都在积极开发这一领域。
超铀元素和裂片同位素的应用范围大致有：1、作辐射源，有时用过的燃料元件也可直接当辐射源用。国外已有人以用过的燃料元件作辐射源进行轮胎的硫化试验。也有人使用了标准包装的混合裂变产物作为辐射源和热源。它可用于辐射化学研究、医疗用品消毒、城市污水处理等，费用仅是一般辐射源的几十分之一。
2、提取的超铀元素有多种用途，如用镎—237制得的钚—238可作小型原子能热源（阿波罗登月火箭在月球上用过）和原子能电池（可用于航天、海洋以及心脏起搏器等），镅—241是很好的α放射源，用于静电消除器、烟雾报警器、制备中子源和其他控制测量仪表中，镅—241、锔—244还是后续超钚元素的靶材料。
3、铯—137作为γ源在防护上和使用寿命上较钴—60有利。除用于辐照育种、食物保鲜、辐射消毒等，美国还把它用于辐照污泥，经济适用，安全可靠。锶—90可作为同位素能源用于无人气象站、边远地区通信以及水下设施等，这种能源坚固可靠。
4、裂变产物中的核素铯—137、锶—90、钷—147、氪—85等可用于各种类型的放射性同位素射线仪表，如厚度计、密度计、料位计、检漏计、探伤仪等等。它们对提高产品质量，减轻工人劳动强度，实现生产过程自动控制等有重要意义。钷—147还可作激活剂制造长效期发光粉，氪—85还用作自发光标志等。
5、裂变产物中所含贵金属铑、钯在石油化学工业、电子工业、环境保护部门用途大。
经过几十年的科学实践，科技人员对核能的副作用有了充分的认识，与一般企业相比，核企业是比较安全的。国外的统计资料表明，死于核事故的机率是所有事故中最小的，即使发生了象“三里岛”核电站那样严重的事故，也没有人伤亡，周围八十公里的居民所受剂量只相当于北京到上海约两小时空中飞行中所受宇宙线的辐射。多年来，国内外的后处理厂也从未发生过重大的辐射损伤事故。