在贝拉克·奥巴马总统叫停尤卡山项目两周后，地质化学家詹姆斯·L·孔卡带着一个想法来到华盛顿特区。尤卡山是靠近拉斯维加斯的一个地点，联邦政府22年来一直试图在那里开设核废料处置库。
孔卡受新墨西哥州委托，负责监测另一个联邦核废料倾倒场周围的环境，该倾倒场用于处理国防相关的钚。在其他人看到问题的地方，他看到了机遇。
关于核废料的长期争论产生了大量的研究和论证、史诗般的法律纠纷，以及一种大规模生产的纪念品：一个塑料袋，上面贴着“二叠纪岩盐”的标签，里面装着透明的晶体块，这些晶体是从卡尔斯巴德外奇瓦瓦沙漠地下2150英尺的废物隔离试验工厂开采出来的。孔卡是新墨西哥州立大学卡尔斯巴德环境监测与研究中心主任，他喜欢赠送这些小袋子，并告诉接受者将晶体举到阳光下，透过半透明的盐晶体观察，就像在照蛋一样。
支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事能够继续存在。
晶体块内部是微小的水泡——地质学家称之为包裹体——它们已经被困住2.25亿年，是远古海洋的痕迹。它们看起来有点像困在果冻中的气泡。包裹体表明水（废物扩散的媒介）在岩石中移动的速度；孔卡说，就此而言，时间线令人鼓舞。盐会自然地蠕变以封闭任何裂缝，因此水仍然被困住。“渗透率不仅非常低，而且为零，”他说。当谈到放置一种将在一百万年内都有危害的物质（例如，本应运往尤卡山的废物）时，“你不可能设计出如此好的东西，”他观察到。
孔卡的立场并未得到新墨西哥州民选官员的认同——如果得到认同，争论现在就结束了。但这表明，虽然核废料问题仍然没有解决，但存在许多合理的候选解决方案。有些解决方案，如卡尔斯巴德，在类型上与尤卡山相似，如果不是在位置上——找到一个安静的区域并将废物掩埋。其他解决方案则依赖于日益复杂的回收计划。但在民选官员实施替代计划之前——如果以尤卡山为鉴，这个过程可能需要数十年——废物将滞留在全国各地的131个储存点。
崩溃
这种延迟可能并非完全是坏事。至少到目前为止，临时废物被妥善地清点和管理，并现场储存在发电厂。它不会像2008年12月田纳西河流域管理局发电厂流出十亿加仑有毒煤炭废物那样从储存泻湖中溢出。与二氧化碳不同，它不会扩散到大气中，以令人担忧的百万分之几的浓度被计算在内，这是一个类似于感染患者白细胞计数的气候疾病指标。然而，它确实会积累和滞留，在某些情况下比产生它的反应堆的时间更长。关于废物的争论已经持续了很长时间，现在已经有10个“孤儿”地点，即放射性陵墓，发电厂已不复存在，但废物仍然存在。
“废物”可能不是完全正确的词；从技术上讲，要掩埋的大部分材料的术语是“乏核燃料”。民用燃料最初是燃料组件——一捆薄壁金属管，每根管子都装满了陶瓷铀氧化物颗粒，大小如铅笔橡皮擦。在没有自由中子的情况下，这种铀非常稳定。发电厂技术人员在处理新鲜燃料时，只需戴上白色手套——而且手套是为了保护燃料，而不是工人。
燃料到达现场后，被降低到圆形反应堆容器的最外层区域，容器被密封并运行一到两年。然后打开容器，取出最内层、最旧的燃料，并将较新的燃料移向中心。通常，一个给定的燃料组件会在容器中停留三个循环，总共可以持续三到六年。
当燃料组件取出时，高放射性裂变产物（如锶90和铯137）会产生数万千瓦的热量。如果组件仅通过空气冷却，则核材料周围的金属会熔化；甚至可能燃烧。因此，组件被浸没在乏燃料池中，这是一个钢衬混凝土池，池中的水非常干净，以至于一滴自来水都会污染它。这些裂变产物燃烧时温度很高，但相对较快。它们的半衰期——材料一半嬗变成更稳定的元素并释放辐射所需的时间——以短短几年为单位。热量产生在第一年下降99%。在燃料达到五年时，热量产生又下降了五分之一，到第十年又下降了40%。
几年后，燃料棒不再需要储存在水中。它们被转移到钢套筒中，然后沥干、干燥、充满惰性气体并密封。套筒被装载到巨大的混凝土容器中，并放置在反应堆附近的现场储存处。在其混凝土和钢铁筒仓内部，燃料产生的热量非常少，可以通过空气的自然循环进行冷却。
长期挑战是处理锕系元素，这些元素是在铀吸收中子但不分裂时产生的材料。这些元素的半衰期为数十万年。能源部最初的目标是证明尤卡山在1万年内是安全的，但它承认辐射释放峰值将在大约30万年后到来。反对者抓住了这种差距，2004年，美国联邦巡回上诉法院裁定，能源部必须证明废物可以安全储存一百万年。
从科学角度来看，尤卡山从来都不是首选候选地点。作为一个火山结构，当它在1987年被美国参议院最优秀的地质学家选中时，它成为了首选候选地点。在政治家介入之前，为了加快选择过程，并保证废物不会运往其他任何地方，尤卡山与得克萨斯州和华盛顿州的地点一起，在可能的地点名单上。能源部及其前身机构将这些地点列入名单，部分原因是它们的科学前景，部分原因是出于便利——就尤卡山而言，联邦政府已经拥有该地点，并且它毗邻核武器试验场。
尤卡山退出竞争的原因几乎相同：政治。1987年，众议院议长是得克萨斯州的吉姆·赖特，副总统是乔治·H·W·布什。众议院多数党领袖是华盛顿州的汤姆·弗利，哈里·里德是内华达州的第一任参议员。华盛顿州和得克萨斯州从名单中删除。现在里德是多数党领袖，总统赢得内华达州的四张选举人票，部分原因是承诺重新审视核废料问题。地质政治已经改变。
对竞争地质结构的纯粹科学评估可能会找到更好的选择。“从地质角度来看，盐在某些方面是不错的，”乔治梅森大学环境科学与政策助理教授、地质化学家艾莉森·M·麦克法兰说，她经常被提名为核管理委员会空缺席位的候选人。但她指出，如果盐被加热，含水包裹体会移动并流向热源，因此将乏燃料埋在那里需要等到热废物产品稍微冷却下来——大约在本世纪下半叶。
麦克法兰帮助组织了2007年7月举行的题为“美国高放射性核废料处置B计划”的会议，该会议主要表明没有B计划。她说，如果美国使用更开放、更公平的程序来选择地点——换句话说，如果它将选择权从政治家手中夺走，美国可能会找到另一种解决方案。
B计划
本不应该走到这一步。《1982年核废料政策法》规定，公用事业公司必须为其反应堆产生的每千瓦时能源向政府管理的核废料信托基金支付十分之一美分的费用。作为回报，政府同意找到一个掩埋废物的地方。能源部强迫公用事业公司签署合同，并承诺在1998年1月开始接收废物。
在奥巴马总统提交其2010年预算，将尤卡山项目的资金削减到象征性的1.97亿美元之前，官方的开放日期定在2017年。能源部估计，截至该日期，它将对公用事业公司承担70亿美元的损害赔偿责任，这可能是世界上最大的滞纳金。每额外延迟一年，价格上涨5亿美元。如果科学和工程能够结合起来，那么解决问题将非常划算。
另一种可能的解决方案是重新审视三十多年前做出的决定。按体积计算，从反应堆中取出的乏燃料中约有95.6%是与原始燃料相同的氧化铀。其余的乏燃料由高温裂变产物（3.4%）和长寿命锕系元素（如钚，1%）组成。在核时代的开始，计划是将铀和钚回收成新燃料，只丢弃短寿命的裂变产物。理论上，这将使废物量减少高达90%。但杰拉尔德·福特总统在1976年禁止了回收利用，他的继任者、前核海军军官吉米·卡特总统也表示同意。他们给出的理由是扩散风险——钚也可能被用于制造炸弹，因此后处理技术在第三世界国家手中将是危险的。（经济性也不利。）
随着福特政府的决定，美国致力于“开放”燃料循环，这意味着燃料将进行单程旅行——从摇篮到坟墓——而不是“封闭”循环，在封闭循环中，大部分燃料将进行第二次或第三次通过反应堆。这也使关于废物的问题成为核对话中长期存在的一部分。多年来，人们提出了各种建议。有些人主张将废物发射到太空（考虑到其重量和运载火箭并非完美的成功率，这是一个挑战）。另一些人则建议将废物掩埋在地质板块的边界，让它在漫长的岁月中滑回地球地幔。
相反，废物正在装满乏燃料池，然后转移到干式容器中，即钢衬混凝土筒仓。虽然干式容器储存可能看起来像是一种不稳妥和偶然的解决方案，但它有很多优点。除非发生事故，例如将套筒掉落在池中的燃料架上，否则不会发生太多错误。恐怖袭击可能会破坏容器，但里面的材料仍然是固体，不太可能扩散很远。一个拥有少量火箭推进榴弹和良好瞄准天赋的恐怖组织可以找到比干式容器更具破坏性的目标。
储存空间也不是迫在眉睫的问题。“我们现有核电站的容量足以满足需求，即使不是在本世纪剩余的时间里，至少也能满足相当长一段时间的需求，”位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的电力公用事业联盟电力研究所能源技术评估中心主任雷维斯·詹姆斯说。“你可以用地上储存方式生存相当长一段时间。”此外，他说，“我们谈论的废物量在更大的范围内是非常小的。”（根据国际原子能机构的数据，一座1000兆瓦的反应堆每年产生约33吨乏燃料——足以装满一辆大型皮卡的货箱。）他认为，当我们面临全球变暖的威胁时，以废物为由而否定核能——一种不产生温室气体的能源——将是一个错误。
此外，废物是一个不断变化的东西。临时储存的时间越长，衰变的材料就越多，处理起来就越容易。虽然现有的联邦法律以吨废物来设定尤卡山的容量，但真正的限制是热量。如果燃料足够热，并且堆放得足够密集以至于沸腾地下水，它将产生蒸汽，蒸汽会使岩石破裂，从而加快废物最终逸出的速度。燃料越旧，热量输出越低，所需的处置库就越小。（或者更确切地说，是所需的处置库数量越少——到2017年，美国已经积累了远远超过尤卡山在法律上应该接收的核废物。）
因此，干式容器储存已从最初的短期解决方案角色转变为可行的中期解决方案。现有反应堆在“废物信心”原则下运行，该原则认为，虽然现在没有处置库，但“合理保证”到2025年将会有一个处置库。鉴于这一立场现在站不住脚，核管理委员会的工作人员起草了新的措辞，称废物可以在容器中在反应堆储存数十年而不会对环境造成影响，直到可以进行掩埋为止。即使在没有长期废物处理计划的情况下，这一变化也应该使建造新反应堆变得更容易。
并非所有人都如此乐观。反核组织能源与环境研究所所长阿琼·马希贾尼今年早些时候向委员会提交了不同意的措辞。他认为，假设有一天可以找到可接受的掩埋地点是不负责任的。“对‘合理保证’一词的科学解释需要物理证据证明存在这样的[长期储存]设施，”他写道，或者确凿的证据证明可以使用现有技术建造一个设施。然而，他说，没有任何经过验证的设施模型能够证明废物极有可能在数十万年内保持隔离状态。
其他人反对长期在地面储存。当然，核电行业希望政府将废物埋在地下，眼不见为净。将废物放在地面上也意味着将问题推给后代。“我认为这是一种推卸责任，”麦克法兰说，“我认为我们需要努力寻找解决方案。”地表储存意味着机构控制，她说：“我们无法保证100年后的政府会是什么样子，或者是否会有一个政府。”
加速衰变
还有另一种选择：加速衰变链。虽然美国在20世纪70年代拒绝的那种核回收设施只能回收乏燃料中的钚，但钚只是十几种长寿命锕系元素之一。更广泛的解决方案是工业级嬗变：使用一种新型反应堆来分解锕系元素[参见威廉·H·汉纳姆、杰拉尔德·E·马什和乔治·S·斯坦福的《更智能地利用核废料》，《大众科学》，2005年12月]。
通用电气正在推广一种“快堆”，它使用高能中子分解锕系元素——与当前一代反应堆中维持链式反应的亚原子粒子相同，只是速度更快。“它将体积减少约90%，并将半衰期从数十万年缩短到不到1000年，”通用日立全球公司核燃料高级副总裁丽莎·普莱斯说。“这可以改变长期处置场最终必须具备的特性。”（该计算还假设回收的铀也被重复使用——这在传统反应堆中非常困难。）
但这种解决方案需要每三到四个正在运行的现有反应堆配备一个新的快堆来处理乏燃料，这在一个行业难以简单地恢复建造30年前建造的那种反应堆的时候是一个严峻的挑战。反对这种反应堆的主要论点之一是成本——快堆使用液态钠而不是水来冷却，并且据估计，先进的设计比类似尺寸的传统反应堆每个反应堆的成本高出10亿至20亿美元[参见弗兰克·N·冯·希佩尔的《重新思考核燃料回收》，《大众科学》，2008年5月]。国会中的民主党人在布什政府后期阻止了对快堆的大部分资助，奥巴马总统也不赞成它们。
最后，尤卡山可能总是会卷土重来。“39个州都有高放射性废物——民用乏核燃料或海军乏核燃料或国防计划高放射性废物，”爱德华·F·斯普罗特三世说，他在布什政府执政的最后两年半时间里是负责尤卡山项目的能源部官员。废物“都注定要运往尤卡山，没有其他地方可以运送。”他和其他人认为，奥巴马总统和里德参议员拥有阻止资金的政治权力，但无权改变1987年《核废料政策法》修正案，该修正案专门针对尤卡山。他说，如果国会辩论将废物放在哪里， “每个人都知道他们的州将再次成为焦点。”
注：本文最初印刷时的标题为“核废料何去何从？”