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为什么核废料很危险?一位核技术博士的简短解释
2016-08-15
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    核废料泛指在核燃料生产、加工和核反应堆中用过的不再需要的并具有放射性的废料。它主要是核反应堆发电用过的乏燃料,以及核反应产生的很多具有放射性的中间产物,还包括被它们污染的材料。通常主要指乏燃料,它们占核废料中主要部分。

    目前核反应堆主要使用铀做核燃料。地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5,即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀,这仅比金、银等地壳中含量很稀少的元素高。铀含量如果高于0.05%基本上就可以开采了。开采的铀矿石经过富集得到纯度很高的金属铀,然后还要分离同位素。天然铀主要由三种同位素组成,包括:

    铀238:自然丰度99.275%,原子量238.0508,半衰期45亿年;

    铀235:自然丰度0.720%,原子量235.0439,半衰期7亿年;

    铀234:自然丰度0.005%,原子量234.0409,半衰期24.7万年。

    核电站中使用的核燃料的有效成分是铀235,不是铀238。但是,在天然铀中,铀235的含量只有0.72%,铀238的含量大于99.2%。分离同位素,就是要把铀235的浓度提高到3-4%,才能用于核电站作原料发电。在发电后的乏核燃料中,96%的质量是剩余的未反应的铀,大多数是铀-238。通常情况下,用过的乏燃料中铀-235的质量分数小于0.83%,此外,还有核反应过程中产生的铀-236,质量分数大约是0.4%,和大约占1%的钚-239和钚-240。这些钚由铀-238俘获中子后经β衰变而产生,它们既可变成一种有用的副产品,也是危险的、难以处理的核废料。为了防止核扩散,需要防止那些尚未拥有核武器的国家获得这些钚制造核武器。如果核反应堆工作正常的话,这些钚是反应堆级,没有达到武器级。它所包含的钚-240较多,只有不到80%的钚为钚-239,使得这些钚并不适用于制作核武器。然而,用这些反应堆级的钚制作核武器也相对比较容易 。如果接受辐射的时间比较短,那么就会生产出武器级的钚,钚-239的比例高于80%,最高可达93%。

    铀236的半衰期是0.23亿年,钚239的半衰期是2.4万年,钚240的半衰期是6500年。它们都是很强的放射性材料,尤其钚的两种同位素,毒性很大,比未经使用的核燃料毒性大几万倍以上,通常需要分离处理,使乏燃料中含钚量减少到很低水平。分离钚后的乏燃料仍然具有很强的辐射性,比核燃料毒性大很多,但因其主要放射性物质铀236半衰期高达2300万年以上,也就是说,经过2300万年,其放射性才下降一半,无法处理,只能找地方长期存放。分离出来的钚为主要成分的乏燃料是毒性极大的放射性废料,一般认为,需要在妥善设计的场所存放几十万年到一百万年,以减少其放射性对环境的污染。但是,储存的乏核燃料和钚废料仍不断放出高能粒子,具有很强的破坏性,十分容易泄露,给环境造成严重危害;而且需要储存的时间以百万年计算,因而后处理成本极高。

    冷战时代,西方并非从经济或环境保护角度考虑发展核电站的。一个重要原因是利用核电站产生的废料生产以钚为主要成分的原子弹,可以大大降低原子弹生产成本。通常以铀为原料的原子弹需要高达90%以上的铀235,将天然矿石提炼的金属铀,其铀235含量只有0.72%,提高到90%以上,成本极高,技术上也很困难。而核反应堆可以直接得到含量高达93%的钚239,它与铀的分离很容易,不需昂贵的同位素分离,就可以直接制造原子弹了。

    以经济为理由或以赚钱为目的,包括以核电减少排放二氧化碳,改善环境的说法来发展核电和引入核废料都是绝对不可取的,都忽略了高昂的核废料处理成本和环境代价。拿我们的环境资源为代价,换取西方政府印制的自动贬值赖账的欠条,是再愚蠢不过的事情了。美国自1979年发生三里岛核电站事故后,立刻停止了几百座核电站建设,此后,再也没建过一个核电站了,而且在113个运行的核反应堆中,有13个堆因核事故永久停止运行,事故率远高于其他工厂。其核污染也没经完全处理,还在污染环境。核反应堆不断放出高能辐射,使核电站系统十分脆弱,容易发生灾难性事故。苏联切尔诺贝利和日本福岛核电站事故,都是影响全球环境质量的重大事故,是迄今为止电力行业发生的唯一产生全球性影响的事故。中国应停止建设核电站;更不应该在中国建核废料处理厂,接受外来核废料。

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草根简介


1965年生于安徽。高校从事教学和科研工作,研究方向是污水处理和水体修复技术。本博客探讨解决我国环境和经济问题的对策,欢迎朋友们指教。

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