一起放射性泄漏事件引发了人们对美国唯一深层核废料储存库安全性的质疑,并使科学家们要求加大地下废料储存研究的呼声再次高涨。
2月14日,放射性钚和镅从新墨西哥州卡尔斯巴德附近的废物隔离先导工厂(WIPP)泄漏,该工厂将美国核武器计划产生的数千桶受污染物质储存在地表以下半公里多的盐层中。健康和环境影响似乎很小,但有13名员工的低水平污染检测呈阳性。能源部(DOE)及其承包商仍在制定重新进入WIPP并找出泄漏原因的计划。
该事件也使决策者一直回避的问题重新受到关注:如何处理商业反应堆产生的越来越多的乏燃料,这些乏燃料目前存储在反应堆场所。2010年,能源部搁置了在内华达州开发尤卡山的计划,该计划自1987年以来一直被指定为未来地下储存库的所在地(参见 《自然》杂志 473, 266–267; 2011)。能源部和大学的研究人员希望探索各种替代方案。但他们表示,由于预算不足以及《核废料政策法案》的限制,能源部无法调查尤卡山以外的任何特定地点,这阻碍了他们的研究工作。
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麻省理工学院(马萨诸塞州剑桥)的核工程师迈克尔·德里斯科尔说:“基本上,所有旧的想法都重新浮出水面。” “但我们需要做的第一件事是国会解决这个问题并修订《核废料政策法案》。”
目前,研究人员正在进行不与法律冲突的通用储存库科学研究。在一项大型拟议实验中,能源部科学家希望评估WIPP的盐层是否可以储存比目前储存的材料更热的放射性废物。2011年,该团队开始开发一项耗资3100万美元的实验,该实验将测试盐在受热时如何变形,以及水如何在其中移动。
其他研究人员正在研究将核废料圆筒放入花岗岩等硬岩中5公里深钻孔的概念。位于新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室正在领导一个研究人员和公司组成的联盟,寻求钻一个耗资约2500万美元的实验性钻孔。热盐和钻孔提案目前正在竞争能源部相对较小的1500万美元年度研究预算。“像这两个中的任何一个大型测试都会完全超出目前的预算,”桑迪亚能源部核废料科学项目负责人彼得·斯威夫特说。
在欧洲,科学家们已经开发了其他类型岩石的专业知识。芬兰和法国分别将重点放在花岗岩和页岩的拟议地下储存库上。德国已将低水平和中水平废物埋在地下盐丘中,并且正在评估有争议的高水平废物储存库的地形。
法国布雷放射性废物地质处置技术平台秘书长雅克·德莱表示,国际合作使研究人员能够获得所有这些环境的基础科学,该平台是一个指导欧盟委员会约1000万欧元(1400万美元)联合研究计划的联盟。“棘手的是将学术科学与我们的项目联系起来,”他说。
但是基础研究只能到此为止,因为对储存库安全性的科学评估取决于当地的地质情况。在选择场地后,研究人员必须研究那里的岩石的密度、孔隙率和热导率,并描述任何裂缝和地下水流动。建模和实验有助于确定岩石将如何响应核废料产生的热量。
美国在尤卡山花费了超过150亿美元,之后时任能源部长朱棣文叫停了该项目,称该地点不是一个“可行的选择”——通常被解读为该项目在政治上注定失败,即使技术上可行。美国评估的替代方案很少。主办WIPP的卡尔斯巴德市在政治上倾向于扩大其核废料储存量。但很少有其他社区表示有兴趣储存核废料。
一些能源部研究人员赞成认真探索钻孔处置,部分原因是还没有人测试过这个可以追溯到20世纪70年代的想法。斯威夫特估计,只需800个钻孔即可解决美国现有的废物储存问题,以及当前反应堆产生的乏燃料,直到2050年左右。全国各地都有各种深度的合适岩石。“你可以把这些东西分散开来,你不需要把所有的钱都投在一个地点上,”桑迪亚的地球化学家帕特里克·布雷迪说,他是该实验室钻孔联盟的成员。
钻探限制可能会将这些钻孔的直径限制在50厘米以下,因此目前存储在大型罐中的乏燃料棒需要重新包装。然而,这个尺寸的孔对于能源部正在努力处理的一种主要废物来源来说是完美的:来自华盛顿州退役的钚生产设施汉福特遗址的2000个高度放射性铯和锶胶囊。这些胶囊长52-56厘米,直径达9厘米,含有汉福特遗址38%的放射性物质。斯威夫特说,它们都可以装入一个钻孔中。
随着世界各地的研究都集中在地下储存库上,斯威夫特说现在是尝试新概念的时候了:“如果我们钻一个孔,它将成为世界其他国家来参观的孔。”