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在距離德克薩斯州邊境約50英里的新墨西哥州東南部,坐落著卡爾斯巴德鎮,這裡是著名的卡爾斯巴德洞穴的所在地。它一個鮮為人知的聲譽,實際上可能對未來的能源和人類物種產生極其深遠的影響,是作為能源部廢物隔離...的所在地

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在距離德克薩斯州邊境約 50 英里的新墨西哥州東南部,坐落著卡爾斯巴德鎮,這裡是著名的卡爾斯巴德洞穴的所在地。它一個鮮為人知的聲譽,實際上可能對未來的能源和人類物種產生極其深遠的影響,是作為能源部廢物隔離試驗工廠 (WIPP) 的所在地,這是美國目前唯一接受高放射性核廢料的官方廢物儲存庫。來自 PBS 的傑西卡·莫里森 (Jessica Morrison) 發表了一篇關於 WIPP 工作原理及其對核能重要性的出色文章(提示:博拉)。隨著尤卡山災難仍然縈繞在人們的記憶中,WIPP 為未來提供了一個受歡迎的獨特可能性

廢物隔離試驗工廠,當地稱為 WIPP(發音為“鞭子”),在州和聯邦監管機構之間進行了數十年的反覆討論後,於 1999 年開放。如今,它擁有超過 85,000 立方米的放射性廢物,這些廢物來自遙遠的南卡羅來納州。目前,WIPP 僅被授權處理原子序數高於 92 的元素的廢物,主要是鈽,這些元素來自核武器的開發和製造。在 1944 年至 1988 年間,美國生產了約 100 公噸的鈽,其中大部分用於開發核武器。


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我對 WIPP 深感欣慰的是,它完全依靠自然機制來隔離外部世界的廢物。基本原則是在鹽層深處挖一個洞。鹽具有獨特的“蠕變”特性,即流入和圍繞裂縫並自然形成密封的趨勢;當它們在地下 2100 英尺的壓力下工作時,密封可以像最堅硬的岩石形成的密封一樣緊密。當您將廢物埋在鹽中時,您基本上是讓地質發揮其作用,併為廢物建立一個無縫的墳墓。

WIPP 的操作員將廢物容器堆放在鹽層中挖出的房間中,然後讓地質來完成剩下的工作。在上方地面的壓力下,鹽層流入裂縫和開放空間。經過數十年的時間,鹽將沉澱在容器周圍,形成岩石密封。這種自密封能力還可以保護場地免受地震造成的裂縫的影響——任何開啟的裂縫都會迅速閉合。到目前為止,該場地已成功地控制了廢物中的輻射。

因此,在 WIPP 工作是一項帶有時間戳的工作;在某種意義上,礦井本身正在敦促工人們迅速完成他們的工作並離開那裡,以便地球能夠圍繞廢物閉合並將其緊緊地抱在懷裡。

WIPP 感覺它在不斷運動——控制鹽所需的持續護理、礦井通道內電動車的移動、廢物首先裝入牆壁然後裝入房間、從後到前。所有這些都提醒我們,這個地方確實在移動,只是速度較慢,勢不可擋。埃爾金斯說,WIPP 取決於“鹽和鹽的行為”。鹽在壓力下流動,而它在地下如此深的地方承受著巨大的壓力。在地質時間尺度上,它以驚人的速度向下壓,壓碎並封裝放入其中的任何東西。

這部分也意味著,廢物儲存庫越早填滿廢物,越好將其關閉,讓鹽發揮作用。這為儘快將全國無數核設施的高放射性廢物運送到 WIPP 提供了一個良好的激勵。並非沒有等待處理的廢物短缺

雖然 WIPP 一直在接收來自武器計劃的核廢料,但美國目前沒有用於商業反應堆乏核燃料和相關廢料的中央儲存庫。在開啟之前,廢物一直臨時儲存在該國 65 個核電站中的每一個或附近。根據國會研究服務處釋出的報告,到 2011 年底,這些地點和其他地點持有超過 67,000 公噸的乏核燃料。

埋在地下深處的合適地質構造中的廢物非常安全,許多批評核廢料問題的人沒有意識到,基於掩埋廢物的良好技術解決方案已經存在了幾十年;主要問題是政治問題。值得讚賞的是,有兩種廢物,短壽命的強放射性廢物和長壽命的輕微放射性廢物。反比關係是物理學的一個基本定律,並且對我們有利。因此,像鍶-90 和銫-137 這樣的短壽命同位素可能在生物學上是危險的,但它們也會相當快地達到安全水平(兩者的半衰期約為 30 年)。另一方面,像鈽-239 這樣的長壽命同位素(半衰期為 24,000 年)的危險性較低,因為它們的活性較低。通常,核廢料包含這兩種元素,而政府基於相當脆弱的理由在我國採取的錯誤決定之一是停止後處理,這是一種將鈽和其他有價值且易於擴散的元素與短壽命廢物分離的過程,在歐洲、俄羅斯和日本,這是一種常規做法。因此,埋葬鈽既是不必要地邀請潛在的擴散,也是對民用核反應堆寶貴燃料的浪費。

很難想象擴散,當鈽被鹽和像氪石一樣堅硬的土壤覆蓋在地下 2100 英尺處時。即使在 70 年代和 80 年代討論尤卡山時,也有一些可靠的技術可以將廢物包裹在硼矽玻璃中,周圍環繞著銅和粘土等防篡改材料層。以下1991 年文章中的插圖由物理學家漢斯·貝特(Hans Bethe)撰寫,論述了將超鈾廢物與環境分離的多重屏障

當討論這種廢物掩埋時,一個主要問題是地下水滲漏,這可能會將廢物輸送到很遠的地方。但是,這個問題並不像聽起來那麼嚴重。首先,廢物儲存庫已經位於遠離居民區和地下水源的地方。但是,即使地下水與廢物接觸,也需要數十萬年才能到達地表。正如貝特在同一篇文章中闡明的那樣

“地下水不像河流那樣流動;它會緩慢滲入。在內華達州一個名為尤卡山的處置地點,能源部測量的地下水流量為每天 1 毫米。而且它必須流動大約 50 公里的距離才能到達地表,因為它通常是水平流動的。僅此一項,就需要100,000 年以上(我的斜體)才能到達地表。除此之外,在尤卡山,可以將廢物放置在地下約 400 米處,而地下水則在地下 600 米處,因此廢物甚至不會接觸到它。這可能會因地質動盪而改變,但首先這是一個很好的處置地點。

即使地下水每天流動 1 毫米,實驗表明,大多數溶解元素的流動速度比地下水慢 100 倍;它們不斷地被周圍的岩石吸附,然後再重新進入溶液中。而鈽,這種人們如此害怕的元素,其遷移速度比大多數元素慢 10,000 倍。換句話說,在鈽的 20,000 年半衰期內,你可以獲得 100,000 倍的保險。”

尤卡山現在已被廢棄,但這些廢物儲存的總體原則仍然存在,並且當以這種方式掩埋時,仍然可以認為鈽可以在多個半衰期內與環境可靠隔離。對於短壽命元素,解決方案更容易。令人遺憾的是,政治上的不作為和公眾輿論不允許我們將大部分現有廢物運送到像 WIPP 這樣的地點。首先,廢物的數量相對較少——美國 100 多個反應堆的年度廢物僅會填滿一個足球場,深度為一英尺——將其儲存在周圍會造成不必要的安全問題。乾式桶儲藏是一個不錯的解決方案,但由於桶通常儲存在陸地上,因此遠非永久性解決方案。

公眾、政府官員和專家應該吸取 WIPP 的教訓,以及現有的廢物處理技術。與許多核問題一樣,主要問題之一是教育問題;許多公眾認為所有核廢料都是一樣的,即使稍微接觸也會殺死你,並且根本沒有辦法處理它。希望像 WIPP 這樣的故事能改變他們的想法,並證明核廢料的問題不是技術問題,而是心理和政治問題。

注意:正如 Twitter 使用者 @AtomikRabbit 向我指出的那樣,WIPP 只是非商業核反應堆的儲存庫。照片中顯示的就是來自此類來源的廢物。

Ashutosh Jogalekar is a chemist interested in the history, philosophy and sociology of science. He is fascinated by the logic of scientific discovery and by the interaction of science with public sentiments and policy. He blogs at The Curious Wavefunction and can be reached at curiouswavefunction@gmail.com.

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