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编者注：本文最初发表于2003年3月刊的《大众科学》杂志。
在缅因州威斯卡塞特市政厅一间整洁的办公室里，就在镇文员办公室的拐角处，朱迪·福斯正在推销她计划很快进行重新开发的820英亩工业用地的优点。该地交通便利，公路、铁路和驳船均可到达，并且有充足的冷却水。它已经接入高压电网。它距离市政机场仅一英里，当地政府稳定，居民友好。
但有一个问题。它具有放射性。而且它的某些部分将至少在2023年，甚至可能更长时间内保持放射性。
该场地位于波特兰东北40英里处，是缅因州扬基核电站的所在地，它是美国最早建造的大型商业核电站之一，也是最早关闭的核电站之一。它也将是第一批退役的核电站之一，这是一项乏味的任务，在建造电站的时代并没有被充分考虑。
顾问福斯被请来为缅因州扬基核电站寻找替代方案，该电站像几乎所有核反应堆一样，是当地经济的基石。当电站在1972年至1996年底运行期间，它支付了威斯卡塞特90%的财产税，并提供了大部分高薪工作。像这样的场所通常对它们所在的社区至关重要，缅因州扬基核电站作为退役的先驱，对于核工业复兴的希望尤为关键。无需开发任何新技术即可使退役工作顺利进行。但是公众和政策制定者有需要权衡的科学问题，包括需要进行多少工程工作以及清洁到什么程度才足够清洁。（其他国家更多地依赖核电，而美国的核电项目更早，因此退役工作也更先进。）
美国共有123个曾经运行的大型商业规模核反应堆，其中包括目前开放的103个。运营这些反应堆的几家公司已经谈论过建造新的反应堆，这一想法最近引起了全国的关注[请参阅詹姆斯·A·莱克、拉尔夫·G·贝内特和约翰·F·科特克的《下一代核能》]。如果核工业实际上没有消亡（这是一个有争议的观点，因为自1973年以来，除了后来被取消的那些之外，没有订购任何电站），那么在建造新电站之前必须克服的障碍之一就是成功地拆除旧电站。核工业必须表明，曾经容纳电站的土地并非永久性的工业牺牲区，并且可以恢复到清洁的“绿地”状态，这对大多数类型的再开发至关重要。
行动中的净化 事实证明，“退役”并不意味着“中和”；它意味着将放射性物质从一个地方转移到另一个地方。在缅因州扬基核电站，这意味着2.33亿磅的废物，其中1.5亿磅是混凝土。略多于一半的废物，即1.3亿磅，具有放射性。较新的电站的发电能力比旧电站高50%，它们的碎片体积会稍大一些。
曾经有一项计划可以大幅减少需要搬运的废物量。最初，缅因州扬基核电站的所有者希望将混凝土“碎石化”并将其倾倒在建筑物的地基中，然后再倒入更多的混凝土以形成一个整体。但是当地法律禁止在没有全州公投的情况下埋葬核废物。（核管理委员会（NRC）仍然认为现场掩埋是一个有用的选择，但到目前为止，还没有民用设施尝试过。）因此，该电站实际上正在消失，大约每周一列火车的速度。在这样做时，它既展示了退役的陷阱，也展示了退役的便利性。
在该地点的城镇南部的一个盐水半岛上，苍鹭在输电塔上筑巢，巨大的土方设备已经拆除了非核建筑物，并将混凝土和金属装载到铁路车辆上。敞开的敞篷车开往南卡罗来纳州或犹他州的核废料场，或者开往纽约州尼亚加拉县的非核建筑垃圾填埋场。
电站的结构有点像在高中生物实验室里解剖的青蛙。在这次参观期间，巨大的安全壳圆顶矗立在曾经是汽轮机厂房的残骸边缘，核加热蒸汽中的能量在这里被转换为发电机扭矩。曾经穿过反应堆产品的路径清晰可见。三根管道，每根大约相当于水管的大小，从安全壳建筑物的墙壁中伸出。它们以每平方英寸超过1000磅的压力将500华氏度的蒸汽输送到汽轮机。每根管道的下面都有一根较大的管道，用于将水输送回再次加热。这些管道曾经被严密监控，以检查放射性污染或温度或流量的波动迹象。现在，它们敞开在微风中，等待轮到它们进入敞篷车。
圆顶是一个更艰巨的挑战。它是大型核电站的典型安全壳，足够大到可以容纳一所高中体育馆。它的底部厚四英尺，顶部逐渐变细至两英尺，带有同心层的钢筋。它重约6200万磅。
为了将主要部件从圆顶中取出，工人使用了金刚石锯。圆顶外表面的混凝土具有车道的纹理。但是，在拆除砌块的地方，它感觉像上过漆的咖啡桌一样光滑。该项目首席核官员迈克尔·J·梅斯纳说：“知道它永远不会再回来，对核安全系统进行最初几次切割非常困难。”在原本设计为即使在每平方英寸50磅的超压下也能保持气密的地方，用挂锁紧固的粗糙胶合板门在偶尔的微风中会稍微晃动。
尽管看起来有悖常理，但到目前为止，最简单的任务之一是拆除主要核部件，例如反应堆容器和电站核心的三个蒸汽发生器。它们是整体取出的。在反应堆容器的情况下，一个带有不锈钢衬里的巨型碳钢罐，“内部部件”——固定堆芯并在其蜿蜒路径上引导水流的金属框架——被水射流和切割工具切碎。这项工作是通过遥控和水下完成的。（具有讽刺意味的是，美国反应堆工业未能度过第一批大型电站的整个生命周期；一家法国公司Framatome ANP为切割大型金属部件提供了技术。）
然后，将反应堆堆芯填充水泥，或用业内术语来说“灌浆”，以减少未来几个世纪零件松动的可能性。提起容器，准备用驳船运往南卡罗来纳州巴恩韦尔的低放射性废物倾倒场。活性较低的材料被运往盐湖城以西约85英里的犹他州克莱夫的Envirocare公司。第三个倾倒场位于华盛顿州中南部联邦政府的汉福德核保护区，也曾用于一些退役。
内部部件最终将运往燃料（包裹在铅笔般细的棒中的铀颗粒）的去处。理论上，那将是内华达州的尤卡山，能源部希望在那里建造核废料储存库。在任何情况下，内部部件都将与另外60个装满乏燃料的容器一起，等待在四个巨大的钢和混凝土容器中。
这些容器位于一个六英亩的地块上，构成了新的独立乏燃料储存装置。ISFSI是进入核词典的新首字母缩写词之一，类似于在全国各地电站涌现的那些。缅因州扬基核电站的18英尺高的罐周围有土堤，有带电围栏、闭路摄像机和一个外观坚固的警卫室。如果能源部坚持其完成尤卡山并接收废料的最新时间表，这将是了不起的，那么这里的地块将使用约20年。但预计会更长。
事实上，尽管美国核管理委员会拒绝无限期地认证这些容器，但尚不清楚是什么原因会导致它们在未来100年或更长时间内不安全使用，除非全球海平面上升，或者，也许是恐怖主义。批评人士说，这些容器容易受到攻击。有些人建议将这些罐存放在圆顶中，但业主反驳说它太小了。核专家认为，破坏这些罐是困难的，而且内部的材料已经处于足够低的温度，不需要机械冷却，不易雾化并散布到远距离。美国核管理委员会表示，它认为这些容器是安全的，但在2002年9月，该机构对它们施加了新的安全规则；这些规则是保密的。
“清洁”到什么程度才算清洁？燃料是一个显而易见的问题。电站的其余大部分都存在一个更微妙的问题。技术人员进行了14,300次测量，其中略多于一半的测量是在他们预计不会发现污染的区域进行的。另一方面，某些部件几乎没有进行测试，例如反应堆冷却系统、应急堆芯冷却系统以及化学体积和控制系统；这些被认为是脏的。一些取样是通过以低于每小时五英里的速度在陆地上行驶车辆进行的。许多样品被送到场外实验室进行比使用盖革-米勒探测器可能进行的更灵敏的分析。
州和联邦法规允许的残留辐射非常低，以至于电站管理人员得出结论，他们必须确定正常的背景是什么，以免他们最终去除那些即使电站从未建造过也会存在的放射性核素。（例如，背景辐射的一个主要来源是大气核试验的放射性沉降物，主要是铯137。）因此，他们前往缅因州扬基核电站的所有者之一中央缅因电力公司在奥古斯塔的总部，并在油漆和未油漆的混凝土、瓷砖和沥青上采集了β活度的样本。
在试图排除自然背景来源的同时，管理人员还寻找了非自然来源。作为与当地环保组织“海岸之友”达成的协议的一部分，他们邀请以前的工人回到缅因州扬基核电站，讨论材料被倾倒或泄漏的地点。美国政府问责局（GAO），国会的调查机构，将此机会列为有利于及时退役的因素。
像缅因洋基核电站这样的压水反应堆有多层结构来控制放射性物质，但这些物质总是会泄漏并出现在意想不到的地方。以缅因洋基核电站为例，员工棒球场上就发现了钴60。（退役管理人员认为，这些钴60是随着从核电站周围区域铲来的雪一起被带到那里的。）
核电站会产生两种放射性物质。主要类型是裂变产物。核电站运行时会分裂铀，而铀本身发射的辐射非常少，技术人员只需戴着棉手套即可处理原始燃料。但铀会分裂成十几种主要碎片，这些碎片又会衰变成其他物质。这些碎片以及许多衰变产物都非常不稳定。它们很容易以伽马射线、α 或 β 粒子的形式释放能量，有时还会同时释放伽马射线和粒子，从而恢复平衡。燃料最初是以陶瓷颗粒的形式包裹在金属管中，并浸泡在普通水中。但在运行过程中，陶瓷会破裂；在包括缅因洋基核电站在内的几家核电站，管道发生泄漏，导致裂变产物进入冷却水。许多这些放射性粒子会“镀”在容器内部或管道上。
在压水堆设计中，流经燃料的水会通过称为蒸汽发生器的大型热交换器，在薄壁金属管道内流动，而外部的清洁水则被煮沸成蒸汽，然后流向涡轮机。在缅因洋基核电站，这些管道也发生了泄漏。而且，与工业厂房常见的情况一样，受污染的水有时会溢到排水沟中。
为了处理这些裂变产物，电站技术人员用化学物质清洗管道，使主冷却回路中的辐射降低了五倍。对于表面受污染的混凝土，工人则采用“凿除”的方法，即清除最初四分之一到半英寸的混凝土；灰尘被吸走并通过高效微粒空气（HEPA）过滤系统进行过滤。
即使管道或燃料从未发生泄漏，也存在第二种污染：活化产物，即被裂变铀中子撞击的原子吸收中子后变得不稳定或具有放射性，而不是分裂。技术人员发现，在混凝土深达两英尺的地方都有活化产物的痕迹。经过多年的运行，反应堆内部通常会因中子辐照而发生如此大的变化，以至于必须将其视为高放射性废物。
根据美国核管理委员会（NRC）的说法，除了燃料外，主要的活化产物之一和主要放射性来源是钴60。它是中子与钴59或镍（两者都是各种金属合金的组成部分）相互作用产生的。钴60有一个优点：它的半衰期（即一半的物质释放其粒子和伽马射线并转化为无放射性的镍60所需的时间）只有5.27年。理论上，工人可以简单地等待；21年后，15/16的钴60就会消失。
但在缅因洋基核电站和许多其他核电站，当前的趋势是加快进度。一个原因是成本，它往往会随着时间的推移而增加。另一个原因是业主们已经开始害怕的核项目的特点：规则的变化。正如不断变化的法规导致电站建设的重大延误一样，它们也可能导致拆除工作的延误。另一个相关的担忧是，低放射性废物储存库在需要时是否可用。如果美国目前正在运行的三个储存库中的一个或多个关闭，而没有足够的新储存库开放，价格可能会急剧上涨，或者可能无法进行处置。如今，处置成本可能已经高达每立方英尺 600 美元。
事实上，自缅因洋基核电站关闭以来，规则已经发生变化，监管挑战也随之增加。1997 年，挑战是达到美国核管理委员会关于无限制释放资产的标准，但新规则更加严格。
美国核管理委员会的标准是“尽可能合理地降低”，但对关键或易受影响群体的平均成员的额外辐射（高于该地区的背景辐射）不得超过每年 25 毫雷姆。美国环境保护署对化学污染场地制定了标准，该标准基于额外患癌症的百万分之一的几率。其结果是每年 15 毫雷姆，其中来自地下水的含量不得超过 4 毫雷姆。
毫雷姆是一个难以掌握的单位。它不是直接的辐射单位，而是生物损伤的单位。它源自伦琴，一种伽马射线电离能力的测量单位。但三种主要的辐射类型（α、β 和 γ）的生物效力不同；雷姆，是“伦琴当量人”的缩写，将这三者整合为一个数字。
美国核管理委员会声称其标准具有足够的保护性。目前，它是联邦标准。但它也正迅速失去意义。这是因为健康和安全的最终仲裁者，即各州，正在介入。2000 年，缅因州立法机构将辐射量降至 10 毫雷姆，其中来自地下水的辐射量不得超过 4 毫雷姆。马萨诸塞州、纽约州和新泽西州也采取了类似措施，尽管到目前为止，最后两个州还没有任何准备好进行全面退役的反应堆。
这个数字是一个关键参数，因为随着标准的收紧，清理工作变得更加复杂。在辐射方面，似乎几乎没有哪个标准足够严格。
有些人认为缅因州的法律开了一个不好的先例。“我们应该做的是根据可靠的科学和对健康与安全的保护来制定清理标准，”核能研究所（该行业的行业协会）高级副总裁马文·S·费特尔说。“缅因州的标准远低于此，而且这不是对社会资源的良好利用。”
曾在克林顿政府期间担任能源部长期管理主任的詹姆斯·D·维尔纳指出，核清理要求是在“意识形态的世界中”进行辩论的。“一方面，有人说，‘它非常安全，你可以把它放在你的麦片里，’”他阐述道。“还有人说，‘我的孩子要死了’，或者至少，‘我的投资者会感到不安’。这些地点都带有不好的业力。这些是情绪化的反应，而不是理性的反应。如果人们对天然气管道或电缆也有这些反应，那我们将处于糟糕的境地。”
来自威斯卡塞特临时镇长约翰·W·奥康奈尔的评估不太技术性，但更贴近公众的情绪：“我认为唯一可以接受的水平是零。”
可以说，25 毫雷姆和 10 毫雷姆实际上是一样的：用一个技术术语来说，就是零。更糟糕的是，即使是 25 毫雷姆的意义也很大程度上是未知的。这种辐射量会影响健康的想法是关于辐射暴露的一个至关重要但未经证实的假设的一部分，即与许多化学危害不同，辐射没有低于无害的阈值。事实上，用于制定安全法规的数学模型假设，给定的暴露增量（10,000 人雷姆的集体剂量）将导致一到八例致命癌症，无论如何应用。这 10,000 人雷姆可能是让 10,000 人每人暴露于 1 雷姆、让 100,000 人每人暴露于十分之一雷姆，或者让 100 万人每人暴露于百分之一雷姆的结果。这与个人剂量形成对比；如果没有医疗处理，大约 350 雷姆的剂量将导致一半的暴露者在监管机构称之为“迅速死亡”的情况下死亡，而不是集体剂量导致的“潜伏性癌症死亡”。
另一方面，健康物理学家认为，在 10 雷姆以下没有发现任何影响。在个人吸收了数十雷姆之前，不会出现恶心和脱发等急性影响。
还有一些其他衡量标准。例如，联邦政府估计，普通美国人每年从所有来源（包括宇宙射线、氡气和医疗 X 射线）获得的剂量约为 360 毫雷姆。这意味着来自退役核反应堆的 25 毫雷姆几乎相当于每年额外增加一个月的剂量。威斯卡塞特的居民（位于海平面）如果搬到丹佛（海拔 5,260 英尺，由于大气对宇宙射线的屏蔽作用较少），获得的额外辐射量大致相同。（自然背景辐射的差异是限制辐射暴露量以给定人类活动产生的额外剂量而不是总剂量为依据的原因之一。否则，严格的标准可能会使居住在丹佛成为非法行为。）洛斯阿拉莫斯国家实验室估计，海平面的宇宙辐射为每年 25 至 30 毫雷姆；在海拔约 9,000 英尺的高度，宇宙辐射为 90 毫雷姆。
与退役反应堆的 25 毫雷姆上限相比，运行中的核电站允许居住在附近的人们每年接触 100 毫雷姆，尽管实际接触量要低得多。核电站工作人员的限值为每年 5 雷姆，尽管运营商的目标是每年最多 2 雷姆，而且大多数员工获得的辐射量要少得多。
此外，为了减少公众通过退役过程接触辐射，工人将吸收更多的剂量。缅因洋基项目有一个工人暴露的“预算”，即在现场活动期间，总暴露量为 1,115 人雷姆。相比之下，反应堆最后一次换料停堆期间的暴露量为 440 人雷姆。
虽然 25 毫雷姆的数字看起来很低，但普通人很难达到这个剂量。美国核管理委员会假设，最有可能吸收这种剂量的人是在现场种植粮食并用钻入污染最严重地点的井灌溉农作物的农民。
但农业会令再开发顾问福斯感到震惊，因为农业不会带来太多税收，而且该地点作为工业房地产也过于宝贵。事实上，缅因州很少有人完全种植自己的食物。一个每天在现场工作 8 小时、每年工作 250 天、吃在别处种植的食物并喝市政自来水的人，可以说几乎没有任何额外的接触，可能比乘客乘坐跨极地飞机航班所接受的辐射量还要少。尽管如此，无限制释放的指导原则是，土地应该处于良好状态，适用于任何可以想象到的用途。
该标准非常严格，以至于合规检查成为一个技术难题。“你无法测量它；你必须建模，”缅因州洋基核电站的公共和政府事务主管埃里克·T·豪斯说道。辐射通常以每小时的能量排放量来衡量；要确定每年以毫雷姆（rem 的千分之一）为单位的排放量，需要测量每小时以百万分之一雷姆为单位的排放量。更复杂的是，每种同位素的持续时间都不同。例如，在关闭时最普遍的同位素之一是钴 60，其半衰期为五年。之后，半衰期为 30.2 年的铯 137 将成为主要关注点。最终，剩余的放射源将是半衰期为数千年的微量同位素。
支付费用 管理人员多次拒绝透露为了达到更严格的缅因州标准而产生的额外成本，仿佛这个想法让他们感到不适。但美国政府问责局表示，缅因州洋基核电站计算出的额外成本在 2500 万至 3000 万美元之间。2002 年 1 月，缅因州洋基核电站将退役总成本定为 6.35 亿美元。其中，低放射性废物掩埋费用为 8150 万美元；包装和运输费用为 2680 万美元。其他核电站的费用应该也在同一范围内。与 20 世纪 60 年代和 70 年代建造该电站的成本 2.31 亿美元相比，这些数字是惊人的。
电力研究所估计，对于运行 40 年的核电站，退役成本将达到该时期每千瓦时发电量的 0.2 美分。如今，消费者通常为这么多电力支付 8 或 9 美分，以他们的标准来看，这个数字很小，但对于一家决定建造哪种类型电站的公司来说，这个数字很大。
退役成本并非总是那么重要。这是一种公共义务，唯一的问题是代际问题：是否会从公用事业公司的固定客户那里收取足够的退役费用，或者公用事业公司是否需要向未来用户收取费用，而这些用户在核电站带来的好处时还未出生。
现在，发电站的所有权不断变更，总会有人成为最后一位。美国政府问责局在 2001 年 12 月的报告中抱怨说，美国核管理委员会 (NRC) 没有足够关注那些购买核电站的实体的财务资格。美国核管理委员会回应说，他们正在关注，尽管一些所有者并非其授予运营许可证的实体，因为建造者曾经是。但财务格局显然已经改变；如今的核电站所有者中包括安然公司，该公司在收购俄勒冈州公用事业公司波特兰通用电气时获得了已停产的特洛伊核反应堆的多数股权。
最终，资金在缅因州洋基核电站并非问题，因为联邦能源管理委员会允许业主向以前的客户收费。
在许多核电站，很难说停运最终何时会发生——这是影响老旧反应堆命运的其他遗留问题之一。核电站最初的许可证有效期为自颁发建造许可证起 40 年。一些核电站的建设拖延了很长时间，以至于美国核管理委员会同意将时钟的起始时间提前到实际开始运营的时间。然后，它开始提供 20 年的许可证延期。运行中的 103 座核电站中的大多数似乎都可能会申请延期。
尽管如此，老旧反应堆的经济寿命是不确定的。它们就像老旧的汽车，值得更换机油，但不值得更换新的变速箱。缅因州洋基核电站退役的原因是其电线和蒸汽发生器的问题越来越明显。位于马萨诸塞州的姊妹核电站扬基罗核电站因反应堆容器脆化而受损。这种因多年中子轰击造成的状况，使反应堆容易受到热冲击——也就是说，如果应急堆芯冷却系统倾泻入冷水，则可能会发生破裂。扬基罗核电站的脆化程度尚不清楚，但业主——与缅因州洋基核电站的业主重叠的公用事业公司联盟——认为不值得为此付出代价。
即使是那些获得 20 年寿命延期的核电站，也可能不会运行到许可证的最后一天。过去几年为持续运营所需的资本改进必须在很短的时间内收回成本。
所需的退役程度也不确定。除了恢复到绿地状态之外，还有一些不那么激烈的选择。例如，当北方州电力公司关闭位于南达科他州苏福尔斯市的
探路者反应堆时，这是一个比缅因州洋基核电站小十分之一的早期核电站，它安装了一个传统的锅炉，最初由煤提供动力，后来由天然气提供动力，并以这种方式运行涡轮机。科罗拉多州公共服务公司对圣弗雷因堡反应堆也做了同样的事情，安装了天然气涡轮机，并利用其废热产生蒸汽来驱动旧的核涡轮机。在这两种情况下，都只移除了核组件。
纽约州的印第安角 1 号反应堆、康涅狄格州的米尔斯通 1 号反应堆、伊利诺伊州的德累斯顿 1 号反应堆以及宾夕法尼亚州的桃底 1 号反应堆等，所有与仍在运行的反应堆相邻的反应堆，都只是简单地排除了燃料，关闭并闲置；它们将在稍后退役。位于宾夕法尼亚州哈里斯堡附近的 2 号三哩岛核反应堆也是如此，该反应堆在 1979 年 3 月发生了堆芯熔毁。缅因州洋基核电站并非是唯一一个进行去污的核电站。扬基罗核电站和康涅狄格洋基核电站也正在进行同样的流程。纽约长岛的肖勒姆反应堆只运行了几天，已被清理干净，但其许多结构仍然存在。
另一个不确定因素是有多少碎片需要处置。美国核管理委员会于 2002 年 11 月 6 日宣布，它将制定一项关于回收受污染金属的规则。支持者表示，略带放射性的金属非常适合用于混凝土中的钢筋；其他人则担心它可能会出现在儿童牙齿的牙套或裤子的拉链中。当能源部在 20 世纪 90 年代中期试图从其核电站回收镍和其他金属时，公众的强烈抗议使该计划在 2000 年终止。
最终成本部分取决于该行业等待永久处置高放射性核燃料的时间。在问题解决之前，缅因州海岸将有一大片混凝土区域，积雪无法停留；现场储存的 ISFSI 容器每个产生高达 17 千瓦的功率，大约相当于十几个手持式吹风机。里面是 24 个鸽子笼（每个鸽子笼足够容纳一个 12 英尺长的燃料组件）的网格，经过真空干燥，并在 2.5 英寸厚的钢制包装中焊接密封，放置在 28.5 英寸厚的混凝土筒仓中。它们暗示着工业时代的巨石阵，尽管它们的建造者热切希望没有人会忘记它们的用途。罐装从去年八月开始，将持续到 2003 年。当这项工作完成后，工人就可以拆除乏燃料池，这是旧电站最后剩下的工作系统。
在缅因州关于退役的辩论中，反对者没有给业主任何宽限，要求进行一丝不苟、代价高昂的流程。但业主已经证明，从技术上讲，这座山并非高不可攀。
最重要的是，退役标准已被证明是对不确定性的回应。公众心中萦绕着一个巨大的担忧，那就是少量辐射的影响。但是，这个地点和全国各地的其他地点都将被清理到一定标准，以便无论未来对辐射影响的结论如何，都几乎没有什么会产生剂量。