在过去几十年的某个时刻，你几乎可以肯定地看到一部动作片的情节是以恐怖分子引爆脏弹或其他类型核装置的阴谋为基础的，但这座城市通常在最后时刻被影片中的英雄拯救。在其中一些影片中，炸弹中使用的放射性物质是从政府设施中被盗的，甚至可能是一种核废料！

好莱坞与现实生活相去甚远，但世界各地确实存在大量核废料，各国政府花费大量时间和精力保护和控制这些场所。一个明显的解决办法是以某种方式回收核废料，而不是储存数千吨核废料，但这是否可能呢？核废料是否能够被回收或中和，如果可以，为什么这不是地球上每个核国家的操作程序？

什么是核废料？

核废料是一个宽泛的术语，可以用来描述许多东西，包括受到辐射污染的材料，例如切尔诺贝利周围建筑物的结构材料，或某些医疗和研究任务的副产品。在医疗办公室和医院，你经常会看到一些带有放射性废物标志的垃圾箱上的警告标志。这类废物通常可以焚烧或压缩，然后掩埋。然而，在本文中，我们将讨论最常见和最有争议的核废料废核燃料，这些核废燃料是在反应堆中使用核燃料发电或通过其他核技术产生的。

当大多数人想到核废料时，他们会想象一滩发光的绿色黏液从受损桶的裂缝中渗出，但请记住，现实生活并不像好莱坞那么令人兴奋。核燃料通常采用标准形式的燃料组件；它们是密封的金属桶，里面装满铀（燃料）颗粒。当这种燃料“用完”时，它以几乎相同的形式出现，仍然是密封金属桶中的固体，其中含有放射性物质。

这被称为“高放”废物，因为它仍然含有非常高浓度的辐射，尽管它经常在反应堆中发电3-5年。这种未经回收的高放废物必须储存在安全和永久的储存库中，因为它可以保持几十万年甚至数百万年的放射性。除了这些高放的核废料外，这些核电站还产生了低水平的核废料副产品，这些副产品也必须安全处理、运输和储存。这种低放废物的半衰期要低得多，可能在几十年内完全被中和。

令人震惊的是，大多数反应堆只从核燃料中提取一小部分潜在能量，然后才被认为是“核废料”，并用新鲜的、效率最高的燃料取而代之。鉴于铀和其他放射性元素是我们地球上的有限资源，并考虑到未经回收的核废料对后代造成的长期危险（例如，在处置场或运输过程中发生的事故、泄漏、地震活动、盗窃和恐怖主义等），如果我们能以某种方式回收或再利用这些废物，那将是非常有帮助的。

核废料可以回收吗？

与你平时阅读的文章相反，核废料可以循环利用。事实上，像法国和日本这样的主要核国家经常回收他们的核废料，使他们能够最大限度地利用他们的资源。这也使它们在未来几千年需要储存的潜在有毒废物的数量降到最低。在我们深入了解核废料是如何循环利用的细节之前，让我们先来快速了解一下核燃料是如何使用的；更具体地说，让我们来看看核材料中发生的转变。

世界上大约11%的电力来自核电站，而且每年都在建造更多的核电站。所有的核反应堆都使用核裂变来发电，铀是这个过程中最常见的放射性元素。在地壳中发现的天然铀是一种稍有不同形式的同位素的混合物，包括U-238、U-235和U-234。这些同位素在原子核中发现的中子数量上不同。U-235是一种特殊的同位素，因为它是地球上唯一一种自然产生的裂变物质，这意味着它可以很容易地分裂，释放出大量的能量。

当开采天然铀时，它通常是浓缩的，这将铀235的浓度从铀成分的0.7%提高到3-5%。低浓缩铀含量为1-5%U-235，高浓缩铀含量为20%，武器级铀含量为90%U-235！ 当浓缩铀被投入核反应堆时，一个受控的连锁反应就开始了。想象一下，一个中子被撞击到一个铀核上，导致它分裂，从而抛出更多的中子。这些散射中子继续分裂其他原子核，从而引起连锁反应。每次原子分裂，它都会释放出大量的能量和热量，这些能量和热量被用来产生蒸汽，推动涡轮，从而产生能量！

现在，铀235用完后，核燃料中仍有大量的铀238，但与其他同位素相比，它的放射性很弱。过去，这种燃料现在被视为“核废料”，必须加以处理，但U-238是一种非常“肥沃”的同位素，意味着它欢迎中子进入它的核，在这一点上它变成U-239（92个质子，147个中子）。然而，由于放射性同位素的β衰变，多余的中子将分裂成质子和电子，从而成为镎-239（93个质子，146个中子）。两天之内，另一个β衰变将发生，产生钚同位素Pu-239（94个质子和145个中子）。

信不信由你，Pu-239是另一种裂变同位素，虽然不是天然存在的。钚-239的行为与铀-235相似，可以循环回发电厂的能源生产过程，而不是与其他废物，即裂变产物一起丢弃。

燃料循环是核燃料通过核反应堆时所走的路径。一次燃料循环是指核燃料（铀）被一次性使用，然后所有的废铀，包括大量的U-238、钚和裂变产物作为废物储存。在一个封闭的燃料循环中，一个回收厂将裂变产物与可用的铀和钚产品分离。各种形式的可用燃料被重新浓缩（在铀的情况下），然后放回核反应堆，以便进一步发电。只有裂变产物作为废物被送往中期储存。

最后，在增殖燃料循环中，这些“快速”反应堆有额外的中子在里面飞行，并且能够从铀燃料资源中获得最大的能量。增殖反应堆可以产生比实际使用更多的裂变产物，然后送到回收厂，然后在正常反应堆中使用，以获得最大的资源效率。增殖反应堆的成本和基础设施很高，在这一领域的专业知识和经验也很低，但它产生的核废料最少，可以合法地被认为是一种可持续的核能形式。

核废料回收的障碍

显然，回收核废料和减少对高风险储存技术的需求是有选择的，那么，是什么阻止了各国对这类可持续技术的全面投资呢？

与任何能源生产途径一样，通过核回收产生的成本都很高，在过去，回收燃料所需的能源量大于所产生的能源。然而，核废料的回收利用已经变得更加有效，新的技术使之一直更加可行。美国仍然拒绝回收其高放核废料，并在全国各地的各核电站储存了7万多吨核废料。

美国于1977年颁布的废燃料回收禁令至今仍在实施，并使美国无法成为可持续能源独立的真正领导者。其中一个原因是担心恐怖分子会企图窃取回收的核废料，或制造自己的核废料，达到险恶的目的。迄今为止，没有废核燃料通过核燃料回收被重新利用或扩散。这种内在的安全是由于高度的监督，以及过程所需的成本和技术严格性来保证。

其他国家，如法国、日本、比利时、德国、瑞士和俄罗斯，采取了更为进步的立场，并定期回收其核废料（通过上述替代燃料循环）。虽然核废料回收的成本和基础设施设置很高，但减少对长期储存库的需求和防止铀资源枯竭是值得权衡的。随着核废料储存成本的不断上升，回收废燃料将成为世界核国家的必需品。

总结

核能理论上是能源生产中最可持续和低浪费的选择之一。在这个过程中产生的核废料过去是一个问题，但现在有多种回收和再利用的选择。需要先进的设施和高技能的工人，但最需要的是核国家愿意对回收基础设施进行充分投资，并减少对长期、高放废物储存库的需求，而这些储存库在数十万年内仍然是一个潜在的威胁。