一、核廢料為什么比核燃料更危險(xiǎn)？

核廢料，主要指反應(yīng)堆使用過(guò)后卸出的核燃料，因無(wú)法繼續(xù)維持核反應(yīng)，所以又叫核廢料。核廢料具有很高的放射性，且其放射性可以持續(xù)數(shù)十萬(wàn)乃至百萬(wàn)年之久，如何妥善處置核廢料，是全世界至今未能解決的難題。

很多人已經(jīng)聽(tīng)聞核廢料很難處置，心中卻存有疑問(wèn)：“核燃料不就是從自然中來(lái)的嗎？使用過(guò)后又放回到自然中，有什么不可以嗎？”

事實(shí)上，核廢料與原始核燃料的危害性完全不可同日而語(yǔ)。反應(yīng)堆的核燃料是由鈾礦石加工而成，在自然狀態(tài)下，鈾的放射性并不算高，短時(shí)間的接觸幾乎不會(huì)對(duì)人體造成放射性損傷，而使用過(guò)后核廢料則具有高強(qiáng)度的放射性，幾分鐘的接觸就可以導(dǎo)致死亡。

這是為什么？

天然的鈾礦石具有放射性是因?yàn)殁櫾幽軌蜃园l(fā)地放射出粒子，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間轉(zhuǎn)變成另一種元素，這一過(guò)程叫衰變，而全世界的商用反應(yīng)堆都是通過(guò)核裂變發(fā)電的。核裂變則是在中子的高速撞擊下，強(qiáng)行將一個(gè)重核分裂成兩個(gè)較輕的原子核的過(guò)程。與天然的衰變相比，核裂變的反應(yīng)更劇烈，釋放出的能量更大、更多、更集中。

核裂變反應(yīng)是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，當(dāng)用一個(gè)中子撞擊鈾原子核時(shí)，一個(gè)鈾核將吸收中子而分裂成兩個(gè)輕原子核，同時(shí)釋放出2～3個(gè)新中子，這些新中子很可能打在2～3個(gè)新原子核上引起裂變，再釋放出4～9個(gè)新中子，這些中子又會(huì)打在新的原子核上，從而使反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去。

從本質(zhì)上講，核電站的基本工作原理與原子彈是相同的，其主要區(qū)別有兩點(diǎn)：一是原子彈要用富集度達(dá)到90%以上的鈾235作為核材料，而核電站一般采用3%左右的鈾235。二是原子彈的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是不可控的，而核電站則可以通過(guò)控制棒等手段實(shí)現(xiàn)可控的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，使得每次產(chǎn)生的中子平均只有一個(gè)引起新的核裂變。

愛(ài)因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換理論告訴我們，核裂變所釋放的巨大能量來(lái)自原子核的質(zhì)量虧損，原子核的質(zhì)量發(fā)生了改變，意味著元素發(fā)生了改變。

事實(shí)上，核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是非常復(fù)雜的，反應(yīng)堆核燃料的主要成分是鈾的氧化物，其中的鈾由鈾238和鈾235兩種同位素構(gòu)成，而反應(yīng)過(guò)后的核廢料則變成具有一系列高放射性元素的復(fù)雜產(chǎn)物，其中包括：

（1）少量未用完的鈾235以及大量鈾238。

（2）質(zhì)量數(shù)為66～172的100多種初級(jí)裂變產(chǎn)物。這些產(chǎn)物幾乎都具有放射性，平均經(jīng)過(guò)3～4次的放射性衰變才能轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的核素。

（3）新生成的裂變材料钚239。钚239在自然界中幾乎是不存在的，它的半衰期達(dá)到2.4萬(wàn)年。經(jīng)過(guò)處理的钚239也可以作為反應(yīng)堆新的核燃料，同時(shí)也是制造核武器的重要原料。

（4）镎、镅、鋦等次要錒系元素。這類元素原本并不存在于自然環(huán)境中，是鈾238在核反應(yīng)中連續(xù)俘獲中子生成的，具有放射性強(qiáng)、毒性大、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，某些核素的半衰期甚至可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)年。

現(xiàn)在我們可以理解為什么核廢料比核燃料更危險(xiǎn)了。常見(jiàn)的鈾元素經(jīng)過(guò)核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，不僅產(chǎn)生出上百種放射性物質(zhì)，甚至還會(huì)變出自然界中不存在的高放射性元素。如果將核燃料比喻成被封印的惡魔，那核電站的裂變過(guò)程就相當(dāng)于解開(kāi)了惡魔的封印，出世后的惡魔逐漸露出嗜血的面目，人類想盡辦法，只希望能將它再度關(guān)回籠中。

二、世界難題

核廢料難以處置，主要是因?yàn)樗哂?個(gè)特點(diǎn)：

第一是高放射性。核廢料放出的射線對(duì)人體有致命傷害，任何運(yùn)輸和操作過(guò)程都具有危險(xiǎn)性。

第二是復(fù)雜性。核廢料中的物質(zhì)成分非常復(fù)雜，有些國(guó)家會(huì)將核廢料中的一些有用物質(zhì)，如钚239回收利用，但操作起來(lái)難度很大，成本很高。

第三是放熱性。核廢料因?yàn)樵厮プ兌粩喾懦鰺崮埽@一點(diǎn)增加了管理難度。核廢料被放置在液體中時(shí)，放出的熱能容易導(dǎo)致液體沸騰，核廢料被封存在固體中時(shí)，放出的熱能容易導(dǎo)致保護(hù)殼熔化。

如今，全世界運(yùn)行的核電站都在不停地產(chǎn)生核廢料，截止到2014年6月，全球的核電機(jī)組已產(chǎn)生約35萬(wàn)噸的核廢料。這些核廢料無(wú)處容身，大部分都被暫時(shí)安放在核電站的臨時(shí)冷卻池中。

迫在眉睫的問(wèn)題是，世界各國(guó)許多臨時(shí)存放核廢料的冷卻池都已經(jīng)達(dá)到飽和甚至“超飽和”的狀態(tài)。就我國(guó)的情況來(lái)說(shuō)，2015年8月的新聞顯示：“目前大亞灣核電廠核廢料水池已經(jīng)飽和，田灣核電廠核廢料水池接近飽和。”我們必須處置這些核廢料，不論我們?cè)敢獠辉敢狻?/p>

核廢料的處置被稱為世界難題，實(shí)在是毫不夸張的，它的高放射性不能通過(guò)任何物理或化學(xué)手段來(lái)消除，就目前的科技水平來(lái)說(shuō)，我們只能靜待其放射性隨著自然的衰變而減弱。也就是說(shuō)，人類束手無(wú)策！

既然不能消除核廢料的高放射性，難道還不能擺脫它嗎？

關(guān)于如何擺脫核廢料，使它無(wú)法危害到人類，曾經(jīng)有過(guò)很多設(shè)想：

（1）沉入深海。人類總是將各種污水、廢物排放到海洋中，起初人們也曾把核廢料直接沉入到深海中，然而最終發(fā)現(xiàn)，即使廣大如海洋，也不能把核廢料的高放射性稀釋到可以接受的程度：海洋中的生物物種和生命數(shù)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于陸地，破壞海洋生態(tài)的嚴(yán)重后果是我們無(wú)法想象的。同時(shí)，海洋也是人類食物的重要來(lái)源，所有遭受到核輻射的魚(yú)類、貝類，最終都將通過(guò)食物鏈進(jìn)入人類身體。

（2）送入太空。送入太空是擺脫核廢料最快速、最徹底的手段，問(wèn)題是將數(shù)十萬(wàn)噸核廢料送入太空，花費(fèi)太過(guò)巨大，而且，以我們目前的技術(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法保證百分之百發(fā)射成功。想象下，滿載核廢料的火箭一旦在發(fā)射中起火，或者在大氣層中爆炸——人類相當(dāng)于又經(jīng)歷了一次切爾諾貝利事故。

（3）投入火山。將危險(xiǎn)的核廢料一股腦丟進(jìn)火山，聽(tīng)起來(lái)是個(gè)不錯(cuò)的主意。2010年2月，美國(guó)《大眾科學(xué)》雜志曾討論過(guò)將高放射性廢物投入火山的可能性，美國(guó)火山地理學(xué)家指出，要想銷毀核廢料，火山需要滿足嚴(yán)格的熱度標(biāo)準(zhǔn)，而這一標(biāo)準(zhǔn)幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。世界上最熱的火山巖漿溫度大約為1300攝氏度，這一溫度甚至無(wú)法熔解掉包覆在燃料棒中的鋯（鋯的熔點(diǎn)為1850攝氏度），更不用說(shuō)核廢料本身。要想熔解掉核廢料并改變其放射性，所需要的溫度要比巖漿高幾萬(wàn)倍。而且，由于火山里的液態(tài)巖漿會(huì)向上涌動(dòng)，丟入火山的核廢料很可能無(wú)法沉入深處。更可怕的是，被用作核廢料儲(chǔ)藏所的火山一旦爆發(fā)，就會(huì)噴出極具放射性的巖漿，整座火山的山坡都會(huì)變成核污染后的不毛之地，具有放射性的火山灰隨后會(huì)繞地球循環(huán)多次。