一、核废料为什么比核燃料更危险？

核废料，主要指反应堆使用过后卸出的核燃料，因无法继续维持核反应，所以又叫核废料。核废料具有很高的放射性，且其放射性可以持续数十万乃至百万年之久，如何妥善处置核废料，是全世界至今未能解决的难题。

很多人已经听闻核废料很难处置，心中却存有疑问：“核燃料不就是从自然中来的吗？使用过后又放回到自然中，有什么不可以吗？”

事实上，核废料与原始核燃料的危害性完全不可同日而语。反应堆的核燃料是由铀矿石加工而成，在自然状态下，铀的放射性并不算高，短时间的接触几乎不会对人体造成放射性损伤，而使用过后核废料则具有高强度的放射性，几分钟的接触就可以导致死亡。

这是为什么？

天然的铀矿石具有放射性是因为铀原子能够自发地放射出粒子，经过漫长的时间转变成另一种元素，这一过程叫衰变，而全世界的商用反应堆都是通过核裂变发电的。核裂变则是在中子的高速撞击下，强行将一个重核分裂成两个较轻的原子核的过程。与天然的衰变相比，核裂变的反应更剧烈，释放出的能量更大、更多、更集中。

核裂变反应是链式反应，当用一个中子撞击铀原子核时，一个铀核将吸收中子而分裂成两个轻原子核，同时释放出2～3个新中子，这些新中子很可能打在2～3个新原子核上引起裂变，再释放出4～9个新中子，这些中子又会打在新的原子核上，从而使反应不断地进行下去。

从本质上讲，核电站的基本工作原理与原子弹是相同的，其主要区别有两点：一是原子弹要用富集度达到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。二是原子弹的链式反应是不可控的，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，使得每次产生的中子平均只有一个引起新的核裂变。

爱因斯坦的质能转换理论告诉我们，核裂变所释放的巨大能量来自原子核的质量亏损，原子核的质量发生了改变，意味着元素发生了改变。

事实上，核裂变的链式反应是非常复杂的，反应堆核燃料的主要成分是铀的氧化物，其中的铀由铀238和铀235两种同位素构成，而反应过后的核废料则变成具有一系列高放射性元素的复杂产物，其中包括：

（1）少量未用完的铀235以及大量铀238。

（2）质量数为66～172的100多种初级裂变产物。这些产物几乎都具有放射性，平均经过3～4次的放射性衰变才能转变成稳定的核素。

（3）新生成的裂变材料钚239。钚239在自然界中几乎是不存在的，它的半衰期达到2.4万年。经过处理的钚239也可以作为反应堆新的核燃料，同时也是制造核武器的重要原料。

（4）镎、镅、锔等次要锕系元素。这类元素原本并不存在于自然环境中，是铀238在核反应中连续俘获中子生成的，具有放射性强、毒性大、寿命长的特点，某些核素的半衰期甚至可以达到数十万年。

现在我们可以理解为什么核废料比核燃料更危险了。常见的铀元素经过核裂变的链式反应，不仅产生出上百种放射性物质，甚至还会变出自然界中不存在的高放射性元素。如果将核燃料比喻成被封印的恶魔，那核电站的裂变过程就相当于解开了恶魔的封印，出世后的恶魔逐渐露出嗜血的面目，人类想尽办法，只希望能将它再度关回笼中。

二、世界难题

核废料难以处置，主要是因为它具有3个特点：

第一是高放射性。核废料放出的射线对人体有致命伤害，任何运输和操作过程都具有危险性。

第二是复杂性。核废料中的物质成分非常复杂，有些国家会将核废料中的一些有用物质，如钚239回收利用，但操作起来难度很大，成本很高。

第三是放热性。核废料因为元素衰变而不断放出热能，这一点增加了管理难度。核废料被放置在液体中时，放出的热能容易导致液体沸腾，核废料被封存在固体中时，放出的热能容易导致保护壳熔化。

如今，全世界运行的核电站都在不停地产生核废料，截止到2014年6月，全球的核电机组已产生约35万吨的核废料。这些核废料无处容身，大部分都被暂时安放在核电站的临时冷却池中。

迫在眉睫的问题是，世界各国许多临时存放核废料的冷却池都已经达到饱和甚至“超饱和”的状态。就我国的情况来说，2015年8月的新闻显示：“目前大亚湾核电厂核废料水池已经饱和，田湾核电厂核废料水池接近饱和。”我们必须处置这些核废料，不论我们愿意不愿意。

核废料的处置被称为世界难题，实在是毫不夸张的，它的高放射性不能通过任何物理或化学手段来消除，就目前的科技水平来说，我们只能静待其放射性随着自然的衰变而减弱。也就是说，人类束手无策！

既然不能消除核废料的高放射性，难道还不能摆脱它吗？

关于如何摆脱核废料，使它无法危害到人类，曾经有过很多设想：

（1）沉入深海。人类总是将各种污水、废物排放到海洋中，起初人们也曾把核废料直接沉入到深海中，然而最终发现，即使广大如海洋，也不能把核废料的高放射性稀释到可以接受的程度：海洋中的生物物种和生命数量都远远多于陆地，破坏海洋生态的严重后果是我们无法想象的。同时，海洋也是人类食物的重要来源，所有遭受到核辐射的鱼类、贝类，最终都将通过食物链进入人类身体。

（2）送入太空。送入太空是摆脱核废料最快速、最彻底的手段，问题是将数十万吨核废料送入太空，花费太过巨大，而且，以我们目前的技术，远远无法保证百分之百发射成功。想象下，满载核废料的火箭一旦在发射中起火，或者在大气层中爆炸——人类相当于又经历了一次切尔诺贝利事故。

（3）投入火山。将危险的核废料一股脑丢进火山，听起来是个不错的主意。2010年2月，美国《大众科学》杂志曾讨论过将高放射性废物投入火山的可能性，美国火山地理学家指出，要想销毁核废料，火山需要满足严格的热度标准，而这一标准几乎无法实现。世界上最热的火山岩浆温度大约为1300摄氏度，这一温度甚至无法熔解掉包覆在燃料棒中的锆（锆的熔点为1850摄氏度），更不用说核废料本身。要想熔解掉核废料并改变其放射性，所需要的温度要比岩浆高几万倍。而且，由于火山里的液态岩浆会向上涌动，丢入火山的核废料很可能无法沉入深处。更可怕的是，被用作核废料储藏所的火山一旦爆发，就会喷出极具放射性的岩浆，整座火山的山坡都会变成核污染后的不毛之地，具有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，将核废料放在较为稳定的冰原上，它们会随着周围冰的融化向下移动，上方的融冰又将再次凝固，这样就将核废料埋入冰川中。这一想法遭到拒绝的原因很多，其中之一就是冰原会发生移动，导致放射性物质像冰山一样在海洋中漂浮。另外，全球变暖一旦发生，高放射性的核废料依然会进入生物圈。

以上4种设想都被证明不可行。

目前，国际上公认的最安全的核废料处置方式是选择地质结构稳定的地点，建造永久性处置库，将核废料深埋在地下。然而，永久性处置库的选址和建造技术都非常复杂，至今世界上还未有一座真正建成。理想中核废料的永久处置库必须要保证10万年以上的坚固，可是人类历史上却没有任何工程的寿命达到过它的十分之一。所以说，迄今为止，核废料的处置依然是世界难题。

三、各国的核废料政策

世界上不同的国家对核废料实行不同的管理政策，简单地说，可以分为3种：

第一种叫一次通过，也就是不对核废料进行任何处理，直接永久储存。美国、加拿大、瑞典、芬兰等国家采取这种政策。

第二种叫后处理，也就是通过机械、化学等手段将核废料中的铀和钚239分离出来，钚239由于可以制成新的核燃料，因而被看作一种重要资源。法国、英国、俄罗斯、日本、印度、中国等国家采用后处理政策。

第三种可以叫待定，有些国家由于没有后处理厂，也没有打算建造核废料永久处置库，因而采取长期中间储存，待时机成熟再做决定。长期中间储存是指这些核废料仍旧储存在冷却池中，待冷却后再转移到干燥的储存桶内，长期放置在核电站中。

以上3种政策并无高下之分，从长远来看，似乎第二种——核废料的后处理更具优势。将核废料中的铀和钚分离出来制成新的核燃料，既可以充分利用资源，又能减小核废料的体积，堪称一举双得，一箭双雕。然而，后处理并不是万能的。有的专家夸大了后处理的作用，声称“核废料不是废物，而是未被利用的宝物”，这未免太过乐观。这种“不是废物，而是宝物”的论调虽然十分动听，但事实上废物就是废物，不能利用的“宝物”也还是废物。后处理技术提取出铀和钚，虽然可以在一定程度上缩小核废料的体积，却并没有改变核废料中存在的其他元素的高放射性，更不可能将废料全部转化为有用物质。

美国等国家采取一次通过政策也有自己的考虑。核废料中的钚239不仅可以作为核燃料，同时也是恐怖分子梦寐以求的制造原子弹的重要材料，美国出于防止核扩散的考虑，明令禁止这种回收方案。此外，核废料后处理的成本较高，每千克铀的花费约为1000美元，出于经济上的考虑，在当前铀资源尚够使用的时候，没有必要充分节约。

事实上，上述列举的美国等国家采取的一次通过方案也只是未来计划，前文已经说过至今全世界尚未有一座深层永久处置库真正建成。建造永久处置库的工程非常复杂，从选址到运行，其过程往往长达数十年。芬兰的处置库于1987年开始选址，计划于2020年后运行。美国的永久处置库于1983年开始选址，原计划接受首批核废料的时间为2020年，工程中断后遥遥无期。

深层永久处置库的选址非常重要，概括来说主要是两方面：一是自然条件，二是社会因素。从自然条件来说，要选择没有地下水，没有裂缝和缺陷，无地震、火山活动并且远离生物圈的地层。从社会角度，要综合考虑国家的经济发展布局、人口分布、交通是否便利、人民是否支持等因素。

美国永久处置库的选址命途多舛。1983年，美国总统签署公布了核废物处置的基本法，该法令提出在全国范围内建造两个处置库的意向。美国能源部在对多个待选场地进行评价后，筛选出3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考察，详细研究了关于场址适宜性的各方面问题，包括地下水渗透、火山爆发几率，以及废物运输的安全性问题等。直至2002年，尤卡山终于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，事情又出现转折。2009年，奥巴马政府大幅度削减对于尤卡山项目的拨款，永久处置库的建设暂停。奥巴马政府声称，尤卡山不适宜作为核废料的永久处置库，因为在其附近有近代火山活动的证据。事实上，尤卡山问题除了自然因素外，很大程度受到政治和社会因素的影响。奥巴马在竞选美国总统时就承诺反对尤卡山项目，妥善解决核废料问题，并由此获得了内华达州的重要选票。许多年来，内华达州的群众和州政府一直激烈反对在尤卡山建造核废料的处置库。据说很重要的原因之一，就是内华达州没有一座核电站，却要接受从全国各地运来的大量核废物，人民从心理上难以接受。

与美国相比，瑞典和芬兰处置库的选址和建设过程要顺利得多，北欧的地质环境很适合建造核废料的永久处置库。瑞典的场址选定在奥萨马尔镇，那里的地质岩层有15亿岁，非常坚固而且抗震。在投票中，77%的居民赞成在镇上修建处置库。小镇上的一位母亲说，“这些废料总要放到什么地方，那些从能源使用中得到利益的人，也该承担些责任。我们不能总是把这些污染性的东西都丟到非洲。”瑞典的选址之所以能获得较高的民意支持，据说是因为镇政府和瑞典的核燃料及废料管理公司以高度透明的做法赢得了居民的信任。

中国的处置库目前预选在甘肃的北山，那里是一片广大的戈壁滩，人烟非常稀少，地下有完整的花岗岩体，气候和水文条件也很适合作为核废料永久处置库的选址。然而选址北山并非没有争议，我国大部分核电站都位于东南沿海，考虑到长途运输的高成本和高危险性，也有专家建议将处置库建于东南沿海，但东南沿海人口密度大，又是我国经济发展的重点地带，综合来看，北山的选择或许更为稳妥所以说，核废料永久处置库的选址和建造不仅是个科学难题、工程难题，同时也是经济、政治和社会的综合难题。

10万年之久使得永久处置库也不能保证完全安全，但无论如何，这已是目前所有选择中最好的一个。

2010年，丹麦电影制片人迈克尔˙麦德森将芬兰建设地下永久处置库的工程拍摄成纪录片《走向永恒》，其中有这样的独白：

“人类学会了使用火，在此之前没有任何生物这样做过，人类从此成为万物的主宰。一天，人类又发现了新的火，永不会熄灭且用之不竭，人类以为自己由此掌握了宇宙的奥秘，但很快发现这火不仅在创造，同时也在毁灭——不仅在地表焚烬万物，更深入生物的肌理啃噬生命，这其中包括他的妻子儿女还有他自己。人类对此无能为力也求告无门，只能建造深入岩石的地窖，任不熄的火在其间无尽地燃烧。”

四、人类有无资格使用核电？

目前，世界上约有15%的电力由核电提供。虽然明知棘手的核废料无法处理，新的核电厂还是不断地被建造。

北京师范大学的田松教授曾有一个绝妙的比喻，他说如果一个小伙子卖了自己的一个肾，买了手机，所有人都会说他愚蠢。可是想象下，如果这个小伙子卖的不是自己的肾，而是他儿子、孙子的肾呢？

那么，这不是愚蠢，而是罪恶。

人类使用核能发电只有短短60年的历史，核废料的真正危机并未能在当代显露出来。然而，我们要知道，现在使用的每一度核电的背后都有核废料的产生，每一座新建的核电站，都会让我们的子孙后代面临灾难性的核废料处理问题。

在这种情况下，人类有资格使用核电吗？

有人说，科学是会发展的，核废料的问题在将来一定能得到解决，可是万一解决不了呢？

想象中未来最可能的解决办法是“嬗变”，即利用加速器产生高能粒子轰击高放射性的核素，如长寿命的锕系元素，将核废料的半衰期从几十万年减少到几百年。这种方法听起来容易，实施起来很困难，真正得到应用将更为困难。用人工手段改变元素，类似于传说中的点石成金术，通过“嬗变”甚至可以将铅变成黄金。

也有人说，不用核电，我们用什么呢？

人类需要发展，发展需要能源。化石燃料的储量有限，迟早会被耗尽，新能源中太阳能的效率低，风能和水能有地域限制。相比之下，核能太优越了，它的地域限制小，使用效率高，1千克铀235全部裂变，可以释放出相当于2700吨标准煤完全燃烧所放出的能量。以目前的情况看，我们很难舍弃核能。

有一个国家正在尝试完全舍弃核能，那就是德国。2011年5月，德国宣布全面放弃核电，并于2022年前关闭德国境内所有核电站，弃核之后的能源缺口，德国希望通过发展太阳能、风能等绿色能源来填补，可事实上并没有那么顺利。德国弃核之后虽然没有大规模停电发生，但也有难以言说的隐忧和窘境。

首先，德国为发展太阳能、风能投入数百亿美元的资金，结果却不尽如人意，太阳能和风能属于间歇性能源，对电网的冲击性大，却不能持续稳定运行，无法代替逐渐关闭的核电厂。其次，德国为弥补能源缺口，不得不新建许多燃煤电厂，二氧化碳排放量逐年升高，“弃核”与“弃煤”没办法兼顾。最具讽刺的是，弃核后的德国竟然从法国进口核电使用，也就是说，德国依旧无法彻底摆脱核能。

与之完全不同的是，我国的核电规模，正以世界第一的速度发展壮大。

目前，我国已经建成并投入运营的核电站有4个，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。正在建的核电站还有13个，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、山东国核示范电站和辽宁徐大宝核电站。此外，正在筹建中的核电站还有25个。预计至2020年，中国的核电装机量将超过日本，仅次于美国和法国，位居世界第三。

位于房山的北京中国实验快堆

并不是每个国家都要学习德国，笔者的观点是：核电并非不能发展，但在未能彻底解决核废料的问题之前，我们至少应该保持一颗谦卑的心。

（《现代阅读》杂志推荐 复旦大学出版社《今天让科学做什么？》 作者：江晓原 黄庆桥 李月白 本文作者：李月白）