在貝拉克·奧巴馬總統叫停尤卡山專案兩週後，地質化學家詹姆斯·L·孔卡帶著一個想法來到華盛頓特區。尤卡山是靠近拉斯維加斯的一個地點，聯邦政府22年來一直試圖在那裡開設核廢料處置庫。
孔卡受新墨西哥州委託，負責監測另一個聯邦核廢料傾倒場周圍的環境，該傾倒場用於處理國防相關的鈽。在其他人看到問題的地方，他看到了機遇。
關於核廢料的長期爭論產生了大量的研究和論證、史詩般的法律糾紛，以及一種大規模生產的紀念品：一個塑膠袋，上面貼著“二疊紀岩鹽”的標籤，裡面裝著透明的晶體塊，這些晶體是從卡爾斯巴德外奇瓦瓦沙漠地下2150英尺的廢物隔離試驗工廠開採出來的。孔卡是新墨西哥州立大學卡爾斯巴德環境監測與研究中心主任，他喜歡贈送這些小袋子，並告訴接受者將晶體舉到陽光下，透過半透明的鹽晶體觀察，就像在照蛋一樣。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事能夠繼續存在。
晶體塊內部是微小的水泡——地質學家稱之為包裹體——它們已經被困住2.25億年，是遠古海洋的痕跡。它們看起來有點像困在果凍中的氣泡。包裹體表明水（廢物擴散的媒介）在岩石中移動的速度；孔卡說，就此而言，時間線令人鼓舞。鹽會自然地蠕變以封閉任何裂縫，因此水仍然被困住。“滲透率不僅非常低，而且為零，”他說。當談到放置一種將在一百萬年內都有危害的物質（例如，本應運往尤卡山的廢物）時，“你不可能設計出如此好的東西，”他觀察到。
孔卡的立場並未得到新墨西哥州民選官員的認同——如果得到認同，爭論現在就結束了。但這表明，雖然核廢料問題仍然沒有解決，但存在許多合理的候選解決方案。有些解決方案，如卡爾斯巴德，在型別上與尤卡山相似，如果不是在位置上——找到一個安靜的區域並將廢物掩埋。其他解決方案則依賴於日益複雜的回收計劃。但在民選官員實施替代計劃之前——如果以尤卡山為鑑，這個過程可能需要數十年——廢物將滯留在全國各地的131個儲存點。
崩潰
這種延遲可能並非完全是壞事。至少到目前為止，臨時廢物被妥善地清點和管理，並現場儲存在發電廠。它不會像2008年12月田納西河流域管理局發電廠流出十億加侖有毒煤炭廢物那樣從儲存瀉湖中溢位。與二氧化碳不同，它不會擴散到大氣中，以令人擔憂的百萬分之幾的濃度被計算在內，這是一個類似於感染患者白細胞計數的氣候疾病指標。然而，它確實會積累和滯留，在某些情況下比產生它的反應堆的時間更長。關於廢物的爭論已經持續了很長時間，現在已經有10個“孤兒”地點，即放射性陵墓，發電廠已不復存在，但廢物仍然存在。
“廢物”可能不是完全正確的詞；從技術上講，要掩埋的大部分材料的術語是“乏核燃料”。民用燃料最初是燃料元件——一捆薄壁金屬管，每根管子都裝滿了陶瓷鈾氧化物顆粒，大小如鉛筆橡皮擦。在沒有自由中子的情況下，這種鈾非常穩定。發電廠技術人員在處理新鮮燃料時，只需戴上白色手套——而且手套是為了保護燃料，而不是工人。
燃料到達現場後，被降低到圓形反應堆容器的最外層區域，容器被密封並執行一到兩年。然後開啟容器，取出最內層、最舊的燃料，並將較新的燃料移向中心。通常，一個給定的燃料元件會在容器中停留三個迴圈，總共可以持續三到六年。
當燃料元件取出時，高放射性裂變產物（如鍶90和銫137）會產生數萬千瓦的熱量。如果元件僅透過空氣冷卻，則核材料周圍的金屬會熔化；甚至可能燃燒。因此，元件被浸沒在乏燃料池中，這是一個鋼襯混凝土池，池中的水非常乾淨，以至於一滴自來水都會汙染它。這些裂變產物燃燒時溫度很高，但相對較快。它們的半衰期——材料一半嬗變成更穩定的元素並釋放輻射所需的時間——以短短幾年為單位。熱量產生在第一年下降99%。在燃料達到五年時，熱量產生又下降了五分之一，到第十年又下降了40%。
幾年後，燃料棒不再需要儲存在水中。它們被轉移到鋼套筒中，然後瀝乾、乾燥、充滿惰性氣體並密封。套筒被裝載到巨大的混凝土容器中，並放置在反應堆附近的現場儲存處。在其混凝土和鋼鐵筒倉內部，燃料產生的熱量非常少，可以透過空氣的自然迴圈進行冷卻。
長期挑戰是處理錒系元素，這些元素是在鈾吸收中子但不分裂時產生的材料。這些元素的半衰期為數十萬年。能源部最初的目標是證明尤卡山在1萬年內是安全的，但它承認輻射釋放峰值將在大約30萬年後到來。反對者抓住了這種差距，2004年，美國聯邦巡迴上訴法院裁定，能源部必須證明廢物可以安全儲存一百萬年。
從科學角度來看，尤卡山從來都不是首選候選地點。作為一個火山結構，當它在1987年被美國參議院最優秀的地質學家選中時，它成為了首選候選地點。在政治家介入之前，為了加快選擇過程，並保證廢物不會運往其他任何地方，尤卡山與得克薩斯州和華盛頓州的地點一起，在可能的地點名單上。能源部及其前身機構將這些地點列入名單，部分原因是它們的科學前景，部分原因是出於便利——就尤卡山而言，聯邦政府已經擁有該地點，並且它毗鄰核武器試驗場。
尤卡山退出競爭的原因幾乎相同：政治。1987年，眾議院議長是得克薩斯州的吉姆·賴特，副總統是喬治·H·W·布什。眾議院多數黨領袖是華盛頓州的湯姆·弗利，哈里·裡德是內華達州的第一任參議員。華盛頓州和得克薩斯州從名單中刪除。現在裡德是多數黨領袖，總統贏得內華達州的四張選舉人票，部分原因是承諾重新審視核廢料問題。地質政治已經改變。
對競爭地質結構的純粹科學評估可能會找到更好的選擇。“從地質角度來看，鹽在某些方面是不錯的，”喬治梅森大學環境科學與政策助理教授、地質化學家艾莉森·M·麥克法蘭說，她經常被提名為核管理委員會空缺席位的候選人。但她指出，如果鹽被加熱，含水包裹體會移動並流向熱源，因此將乏燃料埋在那裡需要等到熱廢物產品稍微冷卻下來——大約在本世紀下半葉。
麥克法蘭幫助組織了2007年7月舉行的題為“美國高放射性核廢料處置B計劃”的會議，該會議主要表明沒有B計劃。她說，如果美國使用更開放、更公平的程式來選擇地點——換句話說，如果它將選擇權從政治家手中奪走，美國可能會找到另一種解決方案。
B計劃
本不應該走到這一步。《1982年核廢料政策法》規定，公用事業公司必須為其反應堆產生的每千瓦時能源向政府管理的核廢料信託基金支付十分之一美分的費用。作為回報，政府同意找到一個掩埋廢物的地方。能源部強迫公用事業公司簽署合同，並承諾在1998年1月開始接收廢物。
在奧巴馬總統提交其2010年預算，將尤卡山專案的資金削減到象徵性的1.97億美元之前，官方的開放日期定在2017年。能源部估計，截至該日期，它將對公用事業公司承擔70億美元的損害賠償責任，這可能是世界上最大的滯納金。每額外延遲一年，價格上漲5億美元。如果科學和工程能夠結合起來，那麼解決問題將非常划算。
另一種可能的解決方案是重新審視三十多年前做出的決定。按體積計算，從反應堆中取出的乏燃料中約有95.6%是與原始燃料相同的氧化鈾。其餘的乏燃料由高溫裂變產物（3.4%）和長壽命錒系元素（如鈽，1%）組成。在核時代的開始，計劃是將鈾和鈽回收成新燃料，只丟棄短壽命的裂變產物。理論上，這將使廢物量減少高達90%。但傑拉爾德·福特總統在1976年禁止了回收利用，他的繼任者、前核海軍軍官吉米·卡特總統也表示同意。他們給出的理由是擴散風險——鈽也可能被用於製造炸彈，因此後處理技術在第三世界國家手中將是危險的。（經濟性也不利。）
隨著福特政府的決定，美國致力於“開放”燃料迴圈，這意味著燃料將進行單程旅行——從搖籃到墳墓——而不是“封閉”迴圈，在封閉迴圈中，大部分燃料將進行第二次或第三次透過反應堆。這也使關於廢物的問題成為核對話中長期存在的一部分。多年來，人們提出了各種建議。有些人主張將廢物發射到太空（考慮到其重量和運載火箭並非完美的成功率，這是一個挑戰）。另一些人則建議將廢物掩埋在地質板塊的邊界，讓它在漫長的歲月中滑回地球地幔。
相反，廢物正在裝滿乏燃料池，然後轉移到乾式容器中，即鋼襯混凝土筒倉。雖然乾式容器儲存可能看起來像是一種不穩妥和偶然的解決方案，但它有很多優點。除非發生事故，例如將套筒掉落在池中的燃料架上，否則不會發生太多錯誤。恐怖襲擊可能會破壞容器，但裡面的材料仍然是固體，不太可能擴散很遠。一個擁有少量火箭推進榴彈和良好瞄準天賦的恐怖組織可以找到比干式容器更具破壞性的目標。
儲存空間也不是迫在眉睫的問題。“我們現有核電站的容量足以滿足需求，即使不是在本世紀剩餘的時間裡，至少也能滿足相當長一段時間的需求，”位於加利福尼亞州帕洛阿爾託的電力公用事業聯盟電力研究所能源技術評估中心主任雷維斯·詹姆斯說。“你可以用地上儲存方式生存相當長一段時間。”此外，他說，“我們談論的廢物量在更大的範圍內是非常小的。”（根據國際原子能機構的資料，一座1000兆瓦的反應堆每年產生約33噸乏燃料——足以裝滿一輛大型皮卡的貨箱。）他認為，當我們面臨全球變暖的威脅時，以廢物為由而否定核能——一種不產生溫室氣體的能源——將是一個錯誤。
此外，廢物是一個不斷變化的東西。臨時儲存的時間越長，衰變的材料就越多，處理起來就越容易。雖然現有的聯邦法律以噸廢物來設定尤卡山的容量，但真正的限制是熱量。如果燃料足夠熱，並且堆放得足夠密集以至於沸騰地下水，它將產生蒸汽，蒸汽會使岩石破裂，從而加快廢物最終逸出的速度。燃料越舊，熱量輸出越低，所需的處置庫就越小。（或者更確切地說，是所需的處置庫數量越少——到2017年，美國已經積累了遠遠超過尤卡山在法律上應該接收的核廢物。）
因此，乾式容器儲存已從最初的短期解決方案角色轉變為可行的中期解決方案。現有反應堆在“廢物信心”原則下執行，該原則認為，雖然現在沒有處置庫，但“合理保證”到2025年將會有一個處置庫。鑑於這一立場現在站不住腳，核管理委員會的工作人員起草了新的措辭，稱廢物可以在容器中在反應堆儲存數十年而不會對環境造成影響，直到可以進行掩埋為止。即使在沒有長期廢物處理計劃的情況下，這一變化也應該使建造新反應堆變得更容易。
並非所有人都如此樂觀。反核組織能源與環境研究所所長阿瓊·馬希賈尼今年早些時候向委員會提交了不同意的措辭。他認為，假設有一天可以找到可接受的掩埋地點是不負責任的。“對‘合理保證’一詞的科學解釋需要物理證據證明存在這樣的[長期儲存]設施，”他寫道，或者確鑿的證據證明可以使用現有技術建造一個設施。然而，他說，沒有任何經過驗證的設施模型能夠證明廢物極有可能在數十萬年內保持隔離狀態。
其他人反對長期在地面儲存。當然，核電行業希望政府將廢物埋在地下，眼不見為淨。將廢物放在地面上也意味著將問題推給後代。“我認為這是一種推卸責任，”麥克法蘭說，“我認為我們需要努力尋找解決方案。”地表儲存意味著機構控制，她說：“我們無法保證100年後的政府會是什麼樣子，或者是否會有一個政府。”
加速衰變
還有另一種選擇：加速衰變鏈。雖然美國在20世紀70年代拒絕的那種核回收設施只能回收乏燃料中的鈽，但鈽只是十幾種長壽命錒系元素之一。更廣泛的解決方案是工業級嬗變：使用一種新型反應堆來分解錒系元素[參見威廉·H·漢納姆、傑拉爾德·E·馬什和喬治·S·斯坦福的《更智慧地利用核廢料》，《大眾科學》，2005年12月]。
通用電氣正在推廣一種“快堆”，它使用高能中子分解錒系元素——與當前一代反應堆中維持鏈式反應的亞原子粒子相同，只是速度更快。“它將體積減少約90%，並將半衰期從數十萬年縮短到不到1000年，”通用日立全球公司核燃料高階副總裁麗莎·普萊斯說。“這可以改變長期處置場最終必須具備的特性。”（該計算還假設回收的鈾也被重複使用——這在傳統反應堆中非常困難。）
但這種解決方案需要每三到四個正在執行的現有反應堆配備一個新的快堆來處理乏燃料，這在一個行業難以簡單地恢復建造30年前建造的那種反應堆的時候是一個嚴峻的挑戰。反對這種反應堆的主要論點之一是成本——快堆使用液態鈉而不是水來冷卻，並且據估計，先進的設計比類似尺寸的傳統反應堆每個反應堆的成本高出10億至20億美元[參見弗蘭克·N·馮·希佩爾的《重新思考核燃料回收》，《大眾科學》，2008年5月]。國會中的民主黨人在布什政府後期阻止了對快堆的大部分資助，奧巴馬總統也不贊成它們。
最後，尤卡山可能總是會捲土重來。“39個州都有高放射性廢物——民用乏核燃料或海軍乏核燃料或國防計劃高放射性廢物，”愛德華·F·斯普羅特三世說，他在布什政府執政的最後兩年半時間裡是負責尤卡山專案的能源部官員。廢物“都註定要運往尤卡山，沒有其他地方可以運送。”他和其他人認為，奧巴馬總統和裡德參議員擁有阻止資金的政治權力，但無權改變1987年《核廢料政策法》修正案，該修正案專門針對尤卡山。他說，如果國會辯論將廢物放在哪裡， “每個人都知道他們的州將再次成為焦點。”
注：本文最初印刷時的標題為“核廢料何去何從？”