一、核廢料為什么比核燃料更危險？

核廢料，主要指反應堆使用過后卸出的核燃料，因無法繼續(xù)維持核反應，所以又叫核廢料。核廢料具有很高的放射性，且其放射性可以持續(xù)數(shù)十萬乃至百萬年之久，如何妥善處置核廢料，是全世界至今未能解決的難題。

很多人已經(jīng)聽聞核廢料很難處置，心中卻存有疑問：“核燃料不就是從自然中來的嗎？使用過后又放回到自然中，有什么不可以嗎？”

事實上，核廢料與原始核燃料的危害性完全不可同日而語。反應堆的核燃料是由鈾礦石加工而成，在自然狀態(tài)下，鈾的放射性并不算高，短時間的接觸幾乎不會對人體造成放射性損傷，而使用過后核廢料則具有高強度的放射性，幾分鐘的接觸就可以導致死亡。

這是為什么？

天然的鈾礦石具有放射性是因為鈾原子能夠自發(fā)地放射出粒子，經(jīng)過漫長的時間轉變成另一種元素，這一過程叫衰變，而全世界的商用反應堆都是通過核裂變發(fā)電的。核裂變則是在中子的高速撞擊下，強行將一個重核分裂成兩個較輕的原子核的過程。與天然的衰變相比，核裂變的反應更劇烈，釋放出的能量更大、更多、更集中。

核裂變反應是鏈式反應，當用一個中子撞擊鈾原子核時，一個鈾核將吸收中子而分裂成兩個輕原子核，同時釋放出2～3個新中子，這些新中子很可能打在2～3個新原子核上引起裂變，再釋放出4～9個新中子，這些中子又會打在新的原子核上，從而使反應不斷地進行下去。

從本質上講，核電站的基本工作原理與原子彈是相同的，其主要區(qū)別有兩點：一是原子彈要用富集度達到90%以上的鈾235作為核材料，而核電站一般采用3%左右的鈾235。二是原子彈的鏈式反應是不可控的，而核電站則可以通過控制棒等手段實現(xiàn)可控的鏈式裂變反應，使得每次產(chǎn)生的中子平均只有一個引起新的核裂變。

愛因斯坦的質能轉換理論告訴我們，核裂變所釋放的巨大能量來自原子核的質量虧損，原子核的質量發(fā)生了改變，意味著元素發(fā)生了改變。

事實上，核裂變的鏈式反應是非常復雜的，反應堆核燃料的主要成分是鈾的氧化物，其中的鈾由鈾238和鈾235兩種同位素構成，而反應過后的核廢料則變成具有一系列高放射性元素的復雜產(chǎn)物，其中包括：

（1）少量未用完的鈾235以及大量鈾238。

（2）質量數(shù)為66～172的100多種初級裂變產(chǎn)物。這些產(chǎn)物幾乎都具有放射性，平均經(jīng)過3～4次的放射性衰變才能轉變成穩(wěn)定的核素。

（3）新生成的裂變材料钚239。钚239在自然界中幾乎是不存在的，它的半衰期達到2.4萬年。經(jīng)過處理的钚239也可以作為反應堆新的核燃料，同時也是制造核武器的重要原料。

（4）镎、镅、鋦等次要錒系元素。這類元素原本并不存在于自然環(huán)境中，是鈾238在核反應中連續(xù)俘獲中子生成的，具有放射性強、毒性大、壽命長的特點，某些核素的半衰期甚至可以達到數(shù)十萬年。

現(xiàn)在我們可以理解為什么核廢料比核燃料更危險了。常見的鈾元素經(jīng)過核裂變的鏈式反應，不僅產(chǎn)生出上百種放射性物質，甚至還會變出自然界中不存在的高放射性元素。如果將核燃料比喻成被封印的惡魔，那核電站的裂變過程就相當于解開了惡魔的封印，出世后的惡魔逐漸露出嗜血的面目，人類想盡辦法，只希望能將它再度關回籠中。

二、世界難題

核廢料難以處置，主要是因為它具有3個特點：

第一是高放射性。核廢料放出的射線對人體有致命傷害，任何運輸和操作過程都具有危險性。

第二是復雜性。核廢料中的物質成分非常復雜，有些國家會將核廢料中的一些有用物質，如钚239回收利用，但操作起來難度很大，成本很高。

第三是放熱性。核廢料因為元素衰變而不斷放出熱能，這一點增加了管理難度。核廢料被放置在液體中時，放出的熱能容易導致液體沸騰，核廢料被封存在固體中時，放出的熱能容易導致保護殼熔化。

如今，全世界運行的核電站都在不停地產(chǎn)生核廢料，截止到2014年6月，全球的核電機組已產(chǎn)生約35萬噸的核廢料。這些核廢料無處容身，大部分都被暫時安放在核電站的臨時冷卻池中。

迫在眉睫的問題是，世界各國許多臨時存放核廢料的冷卻池都已經(jīng)達到飽和甚至“超飽和”的狀態(tài)。就我國的情況來說，2015年8月的新聞顯示：“目前大亞灣核電廠核廢料水池已經(jīng)飽和，田灣核電廠核廢料水池接近飽和。”我們必須處置這些核廢料，不論我們愿意不愿意。

核廢料的處置被稱為世界難題，實在是毫不夸張的，它的高放射性不能通過任何物理或化學手段來消除，就目前的科技水平來說，我們只能靜待其放射性隨著自然的衰變而減弱。也就是說，人類束手無策！

既然不能消除核廢料的高放射性，難道還不能擺脫它嗎？

關于如何擺脫核廢料，使它無法危害到人類，曾經(jīng)有過很多設想：

（1）沉入深海。人類總是將各種污水、廢物排放到海洋中，起初人們也曾把核廢料直接沉入到深海中，然而最終發(fā)現(xiàn)，即使廣大如海洋，也不能把核廢料的高放射性稀釋到可以接受的程度：海洋中的生物物種和生命數(shù)量都遠遠多于陸地，破壞海洋生態(tài)的嚴重后果是我們無法想象的。同時，海洋也是人類食物的重要來源，所有遭受到核輻射的魚類、貝類，最終都將通過食物鏈進入人類身體。

（2）送入太空。送入太空是擺脫核廢料最快速、最徹底的手段，問題是將數(shù)十萬噸核廢料送入太空，花費太過巨大，而且，以我們目前的技術，遠遠無法保證百分之百發(fā)射成功。想象下，滿載核廢料的火箭一旦在發(fā)射中起火，或者在大氣層中爆炸——人類相當于又經(jīng)歷了一次切爾諾貝利事故。

（3）投入火山。將危險的核廢料一股腦丟進火山，聽起來是個不錯的主意。2010年2月，美國《大眾科學》雜志曾討論過將高放射性廢物投入火山的可能性，美國火山地理學家指出，要想銷毀核廢料，火山需要滿足嚴格的熱度標準，而這一標準幾乎無法實現(xiàn)。世界上最熱的火山巖漿溫度大約為1300攝氏度，這一溫度甚至無法熔解掉包覆在燃料棒中的鋯（鋯的熔點為1850攝氏度），更不用說核廢料本身。要想熔解掉核廢料并改變其放射性，所需要的溫度要比巖漿高幾萬倍。而且，由于火山里的液態(tài)巖漿會向上涌動，丟入火山的核廢料很可能無法沉入深處。更可怕的是，被用作核廢料儲藏所的火山一旦爆發(fā)，就會噴出極具放射性的巖漿，整座火山的山坡都會變成核污染后的不毛之地，具有放射性的火山灰隨后會繞地球循環(huán)多次。