祝魏玮

  

 

高辐射核废料能安全储存长达数万年而不外泄吗？近日，《自然》杂志的一篇文章指出，这一目标的实现难度超出了专家们的想象。

 

据《自然》杂志在线报道，英国剑桥大学的Ian Farnan和他的同事们发现，核废料散发的放射性物质会侵蚀储存容器材料的晶体结构；而现用的储存核废料的容器只能使用1400年，其侵蚀的速度超过了想象。

 

当前，各个国家处理核电站产生的核废料的办法不尽相同。但通用的办法是，将这些废料装入一种坚硬的水晶陶瓷材料制成的密封容器中，然后用钢管将其密封并埋入地下。

 

由于许多核废料会在相当长的时间内继续散发放射性物质，因此对这些核废料的监管必须有一个长期有效的方法。比如，环239即是一种致命的核电副产品，其半衰期（放射性减半所耗用的时间）长达24000年。这意味着，储存该种核废料的容器的寿命必须达到48000年；甚至在理想状态下其寿命应该达到25万年。

 

目前，用来储存核废料的容器的材料多为锆石。这种材料能与高放射性核废料合成在一起并凝固起来，由此核废料将被固化为“玻璃状物体”。据了解，这种处理方式将使核废料变得更加安全，因为它可以延迟放射性材料的泄漏。有人认为，锆石一类的矿物已经把天然放射性物质铀和钍封存在地壳里达44亿年以上，并使得这些放射性物质在地震和火山喷发过程中保存下来。科研人员认为，锆石或与之类似的合成陶瓷可以把核废料封存在它们的晶体结构中至少24.1万年，而钚239在经历了长时间的封存后将变得相当安全。

 

现在，Farnan的研究推翻了这一结论。经过研究，Farnan发现，包括钚239在内的放射性物质发生放射性衰变时，释放出的α粒子将轰击锆石里的原子并使这些原子的位置发生改变；从而破坏锆石的晶体结构，削弱锆石固定核废料的能力。

 

Farnan说，这些锆石材料一旦被放射性物质损害，其被水溶解的速度将会提高数百倍。因此，如果这些被破坏的锆石材料与水接触就会带来灾难性的危险。

 

以前，科学家测算放射性物质对这种类似陶瓷储存材料的损害方式主要依靠计算机模拟分析；现在，Farnan的研究小组直接测算了放射性物质对这种材料的损害。

 

他们给锆石材料添加钚并利用核磁共振分析法(MRI)来辨别锆石的晶体结构中出现的漏缝或遭破坏的结构。结果发现，每一次衰变，放射性物质将置换5000个锆石原子，遭破坏的锆石原子数量比计算机模拟所估计的数量多2.5到5倍。据此，Farnan推断，210年后封存在锆石里的放射性钚便将开始泄漏，而锆石的晶体结构将在1400年后完全消失。

 

现在科学家们尚未找出耐受放射性物质更久的材料，但Farnan研究小组的这项工作为开发出晶体结构不会受到放射性物质破坏的合成陶瓷或耐久性更好的其他存储材料提供了一个方法。他说：“我们已经展示出了一种方法，这种方法将促使工程师们认真思考解决储存放射性物质的其他方法，这种方法跳出了简单埋藏方法的桎梏。”

 

美国安阿伯密歇根大学核废料处理专家Rod Ewing说：“放射性物质对这种储存材料的破坏程度超过了想象。”但Ewing同时也指出，Farnan的这项研究可用于找出那些能够储存放射性物质的材料。