經(jīng)過(guò)數(shù)十年的耽擱，一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的清理項(xiàng)目正日益壯大。
一股施工熱潮在Hanford站點(diǎn)掀起，該站點(diǎn)曾經(jīng)是一個(gè)在華盛頓州東南部當(dāng)風(fēng)的平原上的秘密建筑。施工隊(duì)努力在六月前完成一個(gè)27米高的混凝土結(jié)構(gòu)。如果一切順利的話，這個(gè)設(shè)施將最終使美國(guó)能源部（DOE）能夠開始處理當(dāng)?shù)貜牡诙问澜绱髴?zhàn)期間開始累積40多年的有毒放射性廢料。
幾十年來(lái)生產(chǎn)核武器所產(chǎn)生的廢料被埋在華盛頓州的Hanford站點(diǎn)。
Karen Kasmauski/NGC
雖然Hanford幾十年前就停止生產(chǎn)核武器所需的钚，但其活動(dòng)所產(chǎn)生的后續(xù)影響仍然在造成麻煩。就在今年，一條停著滿載放射性物質(zhì)的鐵路車廂的隧道坍塌了。另?yè)?jù)報(bào)道，至少有十幾名拆除受污染建筑物的員工在钚吸入的檢測(cè)中顯示陽(yáng)性結(jié)果。但該站點(diǎn)最大的挑戰(zhàn)在于地下那177個(gè)碳鋼罐。這些被埋藏的容器總共容納2億多升高度危險(xiǎn)的液體和花生醬狀的污泥——足以填滿80個(gè)奧運(yùn)會(huì)規(guī)格的游泳池。超過(guò)三分之一的儲(chǔ)罐已經(jīng)泄漏，其中的放射性和化學(xué)廢料正在污染地下水。
1989年，華盛頓州和美國(guó)環(huán)境保護(hù)局達(dá)成一項(xiàng)法律協(xié)議，美國(guó)能源部承諾通過(guò)玻璃化過(guò)程將最危險(xiǎn)的廢料固定于堅(jiān)固的玻璃柱中。幾年后，該機(jī)構(gòu)同意玻璃化其他儲(chǔ)罐中的廢料?？偠灾?，這個(gè)過(guò)程預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生成千上萬(wàn)的玻璃柱，每個(gè)重達(dá)數(shù)噸。那些含有高濃度放射性廢料的將被運(yùn)往一個(gè)永久性倉(cāng)庫(kù); 其余的可以存放在現(xiàn)場(chǎng)。但是成本超支，延誤和安全問(wèn)題不斷阻撓計(jì)劃的進(jìn)行。盡管美國(guó)能源部自1997年以來(lái)在廢料罐問(wèn)題上花費(fèi)了大約200億美元，但仍沒(méi)有任何廢料實(shí)現(xiàn)玻璃化。
四年前，能源部重啟該項(xiàng)目。它不再只是建造一座玻璃化工廠，而是將項(xiàng)目分成兩部分。一座工廠——目前正在施工中——將開始玻璃化罐體內(nèi)危險(xiǎn)性較低的“低活性”液體。一旦研究人員解決了一些棘手的安全問(wèn)題，一個(gè)更大，更復(fù)雜的工廠將會(huì)處理高危險(xiǎn)性的污泥。
在兩條戰(zhàn)線上，都有進(jìn)展的跡象。美國(guó)能源部報(bào)告說(shuō)，今年已經(jīng)解決了與處理高危險(xiǎn)性廢料有關(guān)的重要問(wèn)題。實(shí)時(shí)分析低危險(xiǎn)性廢料所需的實(shí)驗(yàn)室也即將完成。如果工作按計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行的話，那么最早在2022年，該站點(diǎn)就可以制成第一批玻璃柱。
玻璃化的玻璃樣品。
美國(guó)能源部/河流保護(hù)局
Hanford的批評(píng)者已習(xí)慣于美國(guó)能源部延期的作風(fēng)和管理上的丑聞，因而對(duì)此表示懷疑。但即使是華盛頓州的官員（在清理目標(biāo)和截止日期等方面與美國(guó)能源部對(duì)簿公堂近三十年）也認(rèn)為這一次能夠順利進(jìn)行。為華盛頓生態(tài)學(xué)部門監(jiān)視廢料罐活動(dòng)的Suzanne Dahl說(shuō)：“我們有理由持樂(lè)觀態(tài)度?！?/p>
自20世紀(jì)50年代以來(lái)，科學(xué)家們就一直在研究玻璃化技術(shù)，一些國(guó)家已經(jīng)使用這個(gè)工藝來(lái)穩(wěn)定核廢料，包括法國(guó)，印度，俄羅斯和英國(guó)。在南卡羅來(lái)納州，美國(guó)能源部的Savannah River站的廢料也被玻璃化，但是Hanford問(wèn)題的規(guī)模和復(fù)雜程度遠(yuǎn)超過(guò)前者。
第二次世界大戰(zhàn)期間，作為“曼哈頓計(jì)劃”的一部分，Hanford工廠提供了第一次核武器試驗(yàn)和1945年在日本長(zhǎng)崎投下的原子彈所使用的钚。后來(lái)它繼續(xù)為美國(guó)核武器庫(kù)生產(chǎn)大量钚。華盛頓特區(qū)美國(guó)天主教大學(xué)的物理學(xué)家Ian Pegg說(shuō)：“Hanford是核發(fā)展的全部歷史?！彼兔绹?guó)能源部正在合作進(jìn)行玻璃化實(shí)驗(yàn)。
有毒釀造
現(xiàn)場(chǎng)使用的不斷變化的技術(shù)產(chǎn)生了獨(dú)特的有毒釀造物，包括放射性銫、鍶、镅和殘余的钚、 鹽、重金屬；以及無(wú)數(shù)的工業(yè)化學(xué)品。容器中還有一些意想不到的東西。人們“把所有可以想象到的東西都扔進(jìn)那些廢料罐”，美國(guó)能源部在華盛頓Richland的玻璃科學(xué)家Albert Kruger說(shuō)。他的清單上有受污染的手套、木板、巖石和卷尺。
一旦這些雜物被去除，廢料就與含有硅和硼的成分混合，然后加熱到接近1,150°C。接下來(lái)將熔融的混合物在不銹鋼容器中冷卻，以制造大的硼硅酸鹽玻璃柱——這與能安全用于烤箱的玻璃器皿是相同的材料。
這個(gè)過(guò)程很復(fù)雜，因?yàn)槊總€(gè)罐子都含有化學(xué)物質(zhì)和放射性核素的混合物，且這些混合物在廢料被提取出來(lái)后才能被充分表征。其中一些物質(zhì)會(huì)弱化玻璃。另一些，比如碘，則很難被立即捕獲從而必須被清除。Hanford的科學(xué)家們將不得不為每一批垃圾量身定制玻璃——有點(diǎn)像混合不同年份的葡萄以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)白蘭地。Kruger說(shuō)：“沒(méi)有人會(huì)聞其味，也沒(méi)有人會(huì)嘗其鮮，但這是一個(gè)相同的機(jī)制?！?/p>
自1989年以來(lái)，多個(gè)承包商參與了Hanford項(xiàng)目，其中包括英國(guó)政府名下的英國(guó)核燃料有限公司（British Nuclear Fuels Limited），該公司出口了在Sellafield核廢棄綜合設(shè)施中使用的技術(shù)。價(jià)格上漲之后，美國(guó)能源部于2000年聘請(qǐng)了加州舊金山的建筑和工程巨頭Bechtel公司作為主要承包商。
那時(shí)，Hanford工廠預(yù)計(jì)耗資43億美元，并于2007年開始制造玻璃柱。但隨著工程師們開始研究安全和技術(shù)細(xì)節(jié)，該項(xiàng)目的價(jià)格和復(fù)雜程度都大增。到2012年，幾名高級(jí)官員引起了人們對(duì)項(xiàng)目的顧慮，這些官員中包括一名前能源部員工和兩名承包商（他們?cè)诒唤夤秃髾z舉揭發(fā)內(nèi)幕）。一個(gè)顧慮是熱量和輻射分解水分子時(shí)產(chǎn)生的氫氣可能會(huì)積聚在儲(chǔ)罐和管道中，造成爆炸的危險(xiǎn)。另一個(gè)是，保持重質(zhì)粒子移動(dòng)的混合容器不夠強(qiáng)大。隨著時(shí)間的推移，足夠的殘余钚可能沉淀出來(lái)，形成危險(xiǎn)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
時(shí)任美國(guó)能源部部長(zhǎng)的朱棣文組建了一個(gè)專家小組進(jìn)行調(diào)查。最終，Bechtel公司被命令首先建造一個(gè)只能使液體廢料玻璃化的工廠。這些液體占廢料量的90％，但其放射性只占10％，比高放射性廢料所需要的處理更少：先進(jìn)行挑揀，除去高放射性的銫，然后直接送去玻璃化。田納西州范德堡大學(xué)的化學(xué)工程師David Kosson曾是朱棣文的專家小組成員之一，他說(shuō)，“這是有道理的。如果你一定要開工的話，低活性廢料是一個(gè)合適的切入點(diǎn)。”
遺留問(wèn)題
雖然高放射性的廢料處理設(shè)施依然被擱置，但能源部及其承包商花費(fèi)了數(shù)年的時(shí)間，利用計(jì)算機(jī)模型和原型來(lái)研究技術(shù)問(wèn)題。二月份，該機(jī)構(gòu)宣布已經(jīng)解決了氫氣積聚和失控反應(yīng)的問(wèn)題。熟悉這項(xiàng)工作的科學(xué)家說(shuō)，一個(gè)新設(shè)計(jì)的混合容器的測(cè)試即將完成，未出現(xiàn)任何重大的故障。該容器配備六個(gè)“脈沖式噴射混合器”，可以像滴油管一樣將廢物排進(jìn)排出，以防止固體沉淀。
研究人員也在玻璃譜上取得進(jìn)展。Kruger和外部科學(xué)家已經(jīng)表明，某些成分可以容納的廢物比以前估計(jì)的更多，因此可以節(jié)省成本。Kruger說(shuō)，高放射性廢料處理設(shè)施生產(chǎn)的玻璃柱數(shù)量可能會(huì)從18000個(gè)減少到7000個(gè)。低級(jí)別的工廠可能僅需要制造7萬(wàn)根左右的柱子，而不是14.5萬(wàn)根。
但問(wèn)題依然存在。一份美國(guó)能源部在2015年的報(bào)告記錄了500多個(gè)可能影響低級(jí)別工廠運(yùn)行的漏洞 — 包括一些用于處理放射性材料的電氣和機(jī)械系統(tǒng)。監(jiān)督團(tuán)體Hanford Challenge的執(zhí)行董事Tom Carpenter希望這個(gè)工廠能夠像宣傳所說(shuō)的一樣工作。但他擔(dān)心美國(guó)能源部，其承包商，甚至華盛頓州都迫不及待地要啟動(dòng)這個(gè)設(shè)施。他說(shuō)：“每個(gè)人都迫不及待地想要展示進(jìn)展。我明白這一點(diǎn)，但是你們不能掩蓋安全問(wèn)題?！?Hanford的能源部高級(jí)官員拒絕接受采訪。Bechtel公司的一位發(fā)言人說(shuō)，該公司已經(jīng)調(diào)查了報(bào)告中提到的絕大多數(shù)問(wèn)題，并且已經(jīng)向美國(guó)能源部提交了答復(fù)以待批準(zhǔn)。
不是每個(gè)人都相信必須用玻璃化的方法。美國(guó)能源部因?yàn)槭艿椒蓞f(xié)議和核廢物管理法規(guī)的約束才采用這個(gè)方法，但從技術(shù)角度來(lái)看，還有更好的選擇，Jim Conca說(shuō)。他是一個(gè)獨(dú)立研究中心的顧問(wèn)兼前主任，該中心支持位于新墨西哥州Carlsbad外的廢物隔離試點(diǎn)工廠（WIPP ）。該工廠是美國(guó)唯一運(yùn)作的高放廢物地質(zhì)處理庫(kù)。
目前，Hanford的高放射性廢料存放在內(nèi)華達(dá)州Yucca山一個(gè)長(zhǎng)期停滯的地質(zhì)處置庫(kù)等待處理。那里的水滲透是一個(gè)問(wèn)題，所以廢物必須裝在玻璃里，以確保它在數(shù)千年內(nèi)保持穩(wěn)定。但是Conca說(shuō)罐式污泥是足夠安全的，可以在干燥后直接送到WIPP — 如果可以改變法規(guī)使得該方案允許被實(shí)施。同樣，低活性的廢料可以混合灌漿來(lái)制造類似混凝土的材料，這種材料更加便宜，而且許多人相信和玻璃一樣安全?！盀榱谁h(huán)境安全，所有這些廢料在技術(shù)上都需要進(jìn)行玻璃化嗎？可能并不是?！盞osson說(shuō)。但Kosson認(rèn)為美國(guó)能源部最終還是會(huì)推動(dòng)這個(gè)計(jì)劃。
朱棣文依然相信玻璃化是可行的，但他表示，能源部應(yīng)該接受新科學(xué)，并根據(jù)需要轉(zhuǎn)變進(jìn)程。他說(shuō)，更普遍的是，要解決有關(guān)如何處理所有核廢料的問(wèn)題，以及在哪里處理這些問(wèn)題，美國(guó)還有很長(zhǎng)的路要走。他說(shuō)：“這是一個(gè)重大問(wèn)題，要想找到一條更好的道路，必須有很多好的科學(xué)，且要始終保持開放?！?/p>
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