用模擬的高水平放射性廢物製造的玻璃(圖:Albert Kruger/美國能源部)

自從人類開始利用核能,放射性核廢物的處理便成了一個問題。有的元素可在數百萬年間一直保持放射性,必須謹慎處理,方可避免對人體和環境造成危害。誠然,這不是件容易的事,目前的做法是填入地下儲槽。然而,科學家最近發明了一種方法,可以將放射性廢物固化在玻璃和陶瓷中,有望完善放射性廢物的處理過程。

 

放射性廢物

美國華盛頓西南部的漢福德(Hanford)為哥倫比亞河附近的九座核反應堆製造鈾,與之相伴的是大量放射性廢物。大約 5600 萬加侖(約 21 萬立方米)廢物被填入 177 個地下儲槽(underground tanks)中。美國能源部說,其中 67 個儲槽——超過三分之一——被認為已發生泄漏,其中的液體已被抽干,剩下的大部分是固體廢物。

妥善處理漢福德的放射性廢物是能源部面臨的一大挑戰。1989 年,漢福德清理任務啟動。十年後,液態放射性廢物處理廠開建,目前已完成 3/5。

嚴肅、謹慎地處理放射性廢物是非常正確的。以放射性碘-129 為例,它的半衰期長達 1570 萬年,可在水體和空氣中快速擴散。一旦釋放到環境中,會在地球上滯留上百萬年。放射性碘可能對甲狀腺造成傷害,還可能提高患癌症的幾率。

固化放射性廢物

Ashutosh Goel 是美國羅格斯(Rutgers)大學材料科學和工程系的一名助理教授。他發明了一種方法,可以將放射性廢物固化(immobilize)在玻璃和陶瓷中。Goel 發明的方法可以在室溫條件下將放射性碘固化在陶瓷中,這對於碘的安全存放和處理非常重要。

Geol 同時還是六項與玻璃相關的放射性廢物處理項目的首席科學家(principal investigator,PI)或共首席科學家(co-PI)。項目資金支持來自美國能源部、國家科學基金和康寧公司,總金額為 634 萬美元,其中 333.5 萬將流向羅格斯大學。

Geol 說,玻璃的化學耐受性(durability)強,是固化放射性廢物的完美材料。研究的主要對象是高度複雜、成分多樣的放射性廢物,幾乎囊括元素周期表中的全部元素。他們將專註於放射性廢物的地下處理和固化。

在一項發明中,Geol 大量生產出化學耐受性的磷灰石(apatite)礦物,即玻璃,不必高溫即可固化碘。另一項發明則利用碘化銀合成磷灰石礦物。Geol 還在研究怎樣將高水平放射性廢物中的鈉和氧化鋁固化在硅酸鹽(borosilicate)玻璃中。

意義與展望

Geol 說,放射性廢物的處理取決於其組分和複雜度。如果知道了核廢物的化學組成,自然可以採取相應的措施去處理。

在漢福德,預計約從 2022 或 2023 年開始用放射性廢物製造玻璃。那時,這些研究項目的影響將凸顯出來。

目前商用的核電站對廢核燃料(spent nuclear fuel)的處理方法是貯存起來。而 Geol 領導的這些研究最終可能提供安全的處理方法。

 

參考資料:Phys.org

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