核废料主要是指反应堆使用后排出的核燃料，由于其已经无法再维持核反应，所以又被称为核废料。核废料具有很强的放射性，其放射性可以持续数十万年甚至数百万年。如何妥善处理核废料是迄今为止世界范围内尚未解决的难题。

很多人听说核废料难以处理，但心里还是会有疑问：“核燃料不是来自大自然吗？用完后回归大自然有什么不妥吗？”

其实，核废料和原始核燃料的危害是完全不一样的。反应堆的核燃料是由铀矿加工而成，天然状态下，铀的放射性不高，短时间接触几乎不会对人体造成放射性损害。但使用后的核废料放射性强度较高，接触几分钟就可能导致死亡。

这是为什么？

天然铀矿具有放射性，因为铀原子可以自发放出粒子，经过很长一段时间后转变成另一种元素。这个过程称为衰变。世界各地的商用反应堆都是通过核裂变发电的。核裂变是在中子的高速撞击下，将一个重原子核强行分裂成两个较轻的原子核的过程。与自然衰变相比，核裂变的反应更剧烈，释放的能量更大、更多、更集中。

核裂变反应是一种链式反应，当一个中子撞击铀原子核时，一个铀原子核会吸收这个中子，分裂成两个轻原子核，同时释放出2到3个新中子，这些新中子很有可能会撞击2到3个新原子核引起裂变，然后释放出4到9个新中子，这些新中子又会撞击新的原子核，从而使反应得以继续进行。

本质上，核电站的基本工作原理与原子弹相同，主要有两点区别：第一，原子弹采用浓缩到90%以上的铀235作为核材料，而核电站一般采用3%左右的铀235。第二，原子弹的链式反应不可控，而核电站则可以通过控制棒等手段实现可控的链式裂变反应，使得每次平均只产生1个中子引起新的核裂变。

爱因斯坦的质能转换理论告诉我们，核裂变释放的巨大能量来自于原子核的质量损失，原子核质量的改变意味着元素发生了变化。

事实上，核裂变的链式反应非常复杂。反应堆的核燃料的主要成分是氧化铀，其中的铀由铀238和铀235两种同位素组成。反应后的核废料成为一种复杂的产物，含有一系列高放射性元素，包括：

（1）少量未使用的铀235和大量的铀238。

（2）超过100种初级裂变产物，质量数从66到172不等。几乎所有这些产物都具有放射性，平均需要3到4次放射性衰变才能转变为稳定的核素。

（3）新生成的裂变材料钚239。钚239在自然界中几乎不存在，半衰期为24000年。经过加工的钚239还可以作为反应堆的新型核燃料，也是制造核武器的重要原料。

（4）次要锕系元素，如镎、镅、锔等。这类元素在自然环境中并不存在，是由铀-238在核反应中不断俘获中子而产生的，放射性强，毒性大，寿命长，有些核素的半衰期甚至可以达到几十万年。

现在我们就能理解，为何核废料比核燃料更危险了。常见的铀元素发生核裂变的链式反应，不仅会产生上百种放射性物质，甚至会产生自然界中不存在的高放射性元素。如果把核燃料比喻成一个被封印的恶魔，那么核电站的裂变过程就相当于解开了恶魔的封印。恶魔诞生后，逐渐露出嗜血的面目。人类想尽一切办法，将它重新关进笼子里。

2. 世界问题

核废料难以处理主要因为其具有三个特点：

第一是放射性强，核废料释放出的辐射对人体是致命的，任何运输、操作过程都是危险的。

第二是复杂性。核废料的成分非常复杂，有些国家会回收核废料中的一些有用物质，比如钚239，但操作非常困难，成本很高。

三是放热性。核废料因元素衰变不断释放热能，增加了管理难度。当核废料置于液体中时，释放的热能易导致液体沸腾。当核废料被密封在固体中时，释放的热能易导致保护壳融化。

如今，全球各地运行的核电站都在不断产生核废料，截至2014年6月，全球核电机组已产生约35万吨核废料，这些核废料无处可去，大部分被暂时放置在核电站的临时冷却池中。

迫在眉睫的问题是，世界各国用于核废料临时储存的冷却池很多都已经达到饱和甚至“过饱和”。以我国为例，2015年8月的新闻显示“大亚湾核电站核废料池已饱和，田湾核电站核废料池接近饱和”。不管我们愿不愿意，这些核废料我们都必须处理掉。

核废料的处理被称为世界难题，一点也不为过。它的高放射性无法用任何物理或化学手段消除。以目前的技术水平，我们只能等待它的放射性随着自然衰变而减弱。换句话说，人类是无能为力的！

既然我们无法消除核废料的高放射性，那么我们能不能将其处理掉呢？

关于如何处理核废料，使其不再危害人类，已经有很多想法：

（1）沉入深海。人类总是向海洋排放各种污水和废物。最初，人们也将核废料直接沉入深海。然而，他们最终发现，即使是浩瀚的海洋也无法将核废料的高放射性稀释到可以接受的水平：海洋中的物种和生命数量远远超过陆地。破坏海洋生态的严重后果超出我们的想象。同时，海洋也是人类重要的食物来源，所有受到核辐射的鱼类和贝类最终都会通过食物链进入人体。

（2）将核废料送入太空。将核废料送入太空是处理核废料最快、最彻底的方法。问题是，将数十万吨核废料送入太空成本太高，而且以我们目前的技术，还远远不能保证 100% 的成功率。想象一下，如果一枚装载核废料的火箭在发射过程中起火或在大气层中爆炸——这就像人类经历另一场切尔诺贝利事故一样。

（3）扔进火山。把危险的核废料扔进火山，听起来是个不错的主意。2010年2月，美国《大众科学》杂志讨论了把高放射性废料扔进火山的可能性。美国火山地质学家指出，为了销毁核废料，火山需要满足严格的热标准，这几乎是不可能达到的。世界上最热的火山岩浆的温度约为1300摄氏度，这甚至不足以熔化燃料棒涂层的锆（锆的熔点为1850摄氏度），更不用说核废料本身了。为了熔化核废料并改变其放射性，所需的温度比岩浆高出数万倍。而且，由于火山中的液态岩浆会向上涌动，扔进火山的核废料很可能不会沉得很深。 更为恐怖的是，作为核废料储存地的火山一旦爆发，就会喷出高放射性的岩浆，而整个火山坡地经过核污染之后也会变成荒地，而放射性的火山灰随后会绕地球循环多次。

（4）埋入冰川。核废料的温度一般很高，如果把核废料放在比较稳定的冰盖上，随着周围冰的融化，它会向下移动，上面融化的冰会再次凝固，从而把核废料埋在冰川里。这个想法被否定的原因有很多，其中之一是冰盖会移动，导致放射性物质像冰山一样漂浮在海洋中。另外，一旦全球变暖，高放射性核废料还是会进入生物圈。

上述四个假设均已被证明是不可行的。

目前国际上公认最安全的核废料处置方式是选择地质结构稳定的地点，建设永久性处置库，将核废料深埋地下。但永久性处置库的选址和建设技术十分复杂，至今世界上还没有真正建成过。理想情况下，永久性核废料处置库要保证坚固使用十万年以上，但人类历史上还没有一个工程能达到其寿命的十分之一。因此，至今为止，核废料处置仍然是一个世界性难题。

3.各国核废料政策

世界各国对于核废料的管理政策有所不同，简单来说可以分为三类：

第一种叫一次性处理，即不经过任何处理，直接将核废料永久封存，美国、加拿大、瑞典、芬兰等国家均采用此政策。

第二种叫后处理，即通过机械和化学方法将核废料中的铀和钚239分离。钚239被视为重要资源，因为它可以制成新的核燃料。法国、英国、俄罗斯、日本、印度、中国等国家都采取了后处理政策。

第三种可以称为待定。一些国家没有后处理厂，也不打算建设永久性的核废料处置库，因此采取长期中间贮存，等待合适的时机再做决定。长期中间贮存是指这些核废料仍然存放在冷却池中，冷却后再转入干式贮存桶，长期放置在核电站中。

以上三种政策并无优劣之分，从长远看，似乎第二种——核废料后处理更为有利。从核废料中分离出铀和钚，制成新的核燃料，既可以充分利用资源，又可以减少核废料的体积，可谓一举两得。然而，后处理并不是万能的，有专家过分夸大后处理的作用，声称“核废料不是废物，而是未利用的宝藏”，未免过于乐观。虽然这种“不是废物，而是宝藏”的说法很有吸引力，但实际上，废物就是废物，不能利用的“宝藏”依然是废物。后处理技术虽然可以提取铀和钚，在一定程度上减少核废料的体积，但并不能改变核废料中其他元素的高放射性，更不可能把所有废物都转化为有用物质。

美国等国家采取一次性通行政策有自己的考量。核废料中的钚239不仅可以作为核燃料，还是恐怖分子梦寐以求的制造原子弹的重要材料。美国为了防止核扩散，明确禁止这一回收计划。另外，核废料后处理成本高昂，每公斤铀的价格约为1000美元。从经济角度考虑，在铀资源充足的情况下，没有必要完全节约铀。

事实上，上述列举的美国等国所采取的一次性解决方案只是未来的计划。如上文所述，世界上还没有一座深层永久性处置库。永久性处置库的建设十分复杂，从选址到投入运行往往需要数十年的时间。芬兰的处置库于1987年开始选址，计划于2020年后投入运行。美国的永久性处置库于1983年开始选址，原计划于2020年接收第一批核废料，但该项目中断后，便不见踪影。

深层永久处置库的选址十分重要，一般来说有两方面因素：一是自然条件，二是社会因素。从自然条件看，要选择无地下水、无裂缝缺陷、无地震、无火山活动、远离生物圈的地层。从社会因素看，要综合考虑所在国家的经济发展布局、人口分布、交通便利程度、民众是否支持等因素。

美国永久处置库的选址命运坎坷。1983年，美国总统签署颁布了《核废料处置基本法》，提出了在全国范围内建设两座处置库的意向。美国能源部在评估多个候选场址后，筛选出三个预选场址，分别是戴夫史密斯、汉福德和尤卡山。1987年，国会选定尤卡山作为唯一的处置库推荐场址。此后，能源部对尤卡山进行了一系列研发和调查，详细研究了场址各方面的适宜性，包括地下水入渗、火山爆发概率、废物运输的安全性等。直到2002年，尤卡山才最终被确定为高放射性核废料永久处置库的最终场址。

然而，随着奥巴马政府的上台，事情出现了新的转折。2009年，奥巴马政府大幅削减了尤卡山项目的资金投入，永久处置场的建设也被迫暂停。奥巴马政府声称，尤卡山并不适合作为核废料的永久处置场，因为有证据表明附近近期有火山活动。其实，尤卡山问题除了自然因素外，很大程度上还受到政治和社会因素的影响。奥巴马在竞选美国总统时，曾承诺反对尤卡山项目，妥善解决核废料问题，并由此在内华达州赢得了重要的选票。多年来，内华达州民众和州政府一直强烈反对在尤卡山建设核废料处置场。据说，其中一个重要原因是内华达州本身没有核电站，却要接受从全国各地运来的大量核废料，民众在心理上难以接受。

相比美国，瑞典和芬兰处置库的选址和建设过程要顺利得多。北欧的地质环境非常适合建设永久性的核废料处置库。瑞典的选址选在奥萨马尔小镇，这里的地质岩层有15亿年历史，非常坚固，抗震性强。在投票中，77%的居民同意在镇上建设处置库。镇上的一位母亲说：“这些废料总得有个地方放，那些从能源使用中受益的人也应该承担一些责任，我们不能总是把这些污染的东西扔到非洲去。”瑞典的选址之所以能获得民众的高度支持，据说是因为镇政府和瑞典核燃料和废料管理公司以高度透明的方式赢得了居民的信任。

我国的处置库目前预选在甘肃北山，这里是一片茫茫戈壁荒漠，人口十分稀少，地下有完整的花岗岩体，气候、水文条件也适合永久性核废料处置库的选址。但北山的选择并非没有争议，我国的核电站大多位于东南沿海，考虑到长距离运输的成本高、风险大，也有专家建议将处置库建在东南沿海。但东南沿海人口密度大，也是我国经济发展的重点区域，综合来看，北山或许是更为安全的选择。因此，永久性核废料处置库的选址建设不仅是一个科学、工程问题，更是一个综合的经济、政治和社会问题。

10万年的时间意味着即使是永久性处置库也不能保证完全安全，但无论如何，它都是目前所有选择中最好的。

2010年，丹麦电影制片人迈克尔·马德森制作了一部关于芬兰建设永久性地下处置库的纪录片《走向永恒》，其中有一段独白：

“人类学会了使用火，这是以前任何生物都没有做过的事。从此，人类成为万物的主宰。有一天，人类发现了一种永不熄灭、取之不尽、用之不竭的新火。人类以为掌握了宇宙的秘密，但很快发现，这种火不仅在创造，也在毁灭——不仅焚烧表面的一切，而且渗透进生物的肌理，啃噬着生命，包括他的妻子、孩子，还有他自己。人类无能为力，无人可求助，只能在岩石深处筑起地窖，让永不熄灭的火在那里永无休止地燃烧。”

4、人类有资格使用核能吗？

目前全球约15%的电力由核能提供，虽然已知难以处理的核废料无法处理，但新的核电站仍在不断兴建。

北京师范大学田松教授曾经做过一个精彩的比喻，他说，如果一个年轻人卖掉自己的一个肾去买一部iPhone，大家都会说他傻，但是如果这个年轻人卖的不是自己的肾，而是儿子或者孙子的肾呢？

嗯，这不是愚蠢，这是罪过。

人类使用核能不过60年，真正的核废料危机在当下还未出现。但要知道，现在使用的每一度核电背后，都是核废料的产生，每新建一座核电站，都会让我们的子孙后代面临灾难性的核废料处理问题。

那么，人类还有资格使用核能吗？

有人说，科学会发展，将来核废料问题一定能够解决，但如果解决不了怎么办？

未来最有可能的解决办法是“嬗变”，即利用加速器产生高能粒子轰击高放射性核素，比如长寿命的锕系元素，使核废料的半衰期从几十万年缩短到几百年。这种方法听起来容易，但实施起来却很难，应用起来会更加困难。用人工手段改变元素，类似于传说中的炼金术，甚至铅也能通过“嬗变”变成黄金。

也有人说，不用核电，用什么？

人类需要发展，发展需要能源。化石能源的储量是有限的，迟早会枯竭。在新能源中，太阳能效率低，风能、水能受地域限制。相比之下，核能的优势就大得多，地域限制少，效率高，1千克铀235完全裂变，释放的能量相当于2700吨标准煤完全燃烧。从目前的情况看，我们很难放弃核能。

有一个国家正在试图彻底放弃核能，那就是德国。2011年5月，德国宣布将彻底放弃核电，并在2022年前关闭德国所有核电站。德国希望通过发展太阳能、风能等绿色能源来填补放弃核电后的能源缺口，但事实上并不是那么顺利。虽然德国放弃核电后没有出现大规模停电事件，但也存在着难以言说的担忧和困境。

首先，德国投入数百亿美元发展太阳能和风能，但效果并不理想。太阳能和风能是间歇性能源，对电网冲击很大，但无法连续稳定运行，无法取代逐渐关闭的核电站。其次，为弥补能源缺口，德国不得不新建多座燃煤电厂，二氧化碳排放量逐年增加。“弃核”和“弃煤”不可能同时实现。最讽刺的是，德国在放弃核电后，居然从法国进口核电供使用。换言之，德国依然无法彻底摆脱核能。

与此形成鲜明对比的是，我国核电规模增速位居世界第一。

目前，我国已建成投运的核电站有4座，分别是浙江秦山核电站、广东大亚湾核电站、广东岭澳核电站和北京中国实验快堆。在建的核电站有13座，分别是辽宁红沿河核电站、江苏田湾核电站、福建宁德核电站、福建福清核电站、广东阳江核电站、广东台山核电站、海南昌江核电站、广西防城港核电站、浙江三门核电站、山东海阳核电站、山东石岛湾核电站、山东国家核示范电站和辽宁徐大堡核电站。此外，在建的核电站有25座。预计到2020年，我国核电装机容量将超过日本，位居美国、法国之后，居世界第三位。

位于北京房山的中国实验快堆

不是每个国家都需要学习德国，我的观点是，核电不是不能发展，但在核废料问题彻底解决之前，我们至少应该保持一颗谦卑的心。

（《现代阅读》杂志推荐《今天科学该做什么？》复旦大学出版社出版。作者：江晓原、黄清桥、李月白。本文由李月白先生转载）