核电站用完的核废料最后都去哪了,会威胁人类安全吗?
估计有人会说“核废料可以给哥斯拉吃”,当然这纯属玩笑,自从1945年全球第一颗原子弹引爆以来,人类就痴迷于这股强大到不可思议的能量,经过多年的研究,人类终于可以运用部分核能了。
核燃料的能量密度是传统燃料的几百万倍之多,同时又兼具清洁、高效、低廉等优点,所以目前大量国家都在搞核能发电。
那么问题来了,人类在享受核能红利的同时,却无法忽视核废料的处理问题,而核废料又跟其他传统废料不同,稍有不慎,人类文明都将受到严重影响,特别是最近日本打算将核废水排入海洋这一决策,纷纷遭到了其他国家的声讨。
2015年,我国合计产生约600吨核废料。
2020年,我国合计产生约1500吨核废料。
相比于日本对于核废料的处理方式,我国又是如何处理核废料的呢?
核废料为什么要经过专业处理,随便排放不行吗?目前压水反应堆是主流,其原理就是利用核反应产生的巨大能量,使得核能转变为热能,热能将水变成水蒸气,水蒸气再通过汽轮机转化为机械能,机械能最终转化为电能。
虽然整个过程是安全无害的,但并不代表核废料也是如此。
核废料主要由铀238和钍232以及镎、镅、锔等超铀元素组成,这些核废料会产生电离辐射,也就是影响生物的DNA,如果辐射剂量较大,遭受辐射的生物轻则DNA异变,重则死亡。
如果将核废料毫无节制的排放在大自然中,大气、土壤、水等组成世界的基础物质都将受到污染,接着就是各种生物,而核废料的半衰期短则几百年,长则数十万年。
以我国2015年产生的150公斤高辐射核废料来举例,假如不经过处理,160公斤高辐射核废料的放射性会持续几十万年,如果要用加水法来稀释,那也需要1.2×10^10万吨水来稀释,也就是136年长江水流量的总和。
所以各国核废料不经过处理排放,必然会破坏自然生态环境,到时候人类文明也会受到冲击。
此外,目前人类科技对核能的利用并不充分,综合铀资源的利用率甚至低于1%,这就意味着,在核废料中仍然存在大量的能源物质,只是以目前的科技水平无法利用罢了。
但假以时日,随着科技的发展,人类在充分掌握核能技术后,可以对核废料进行二次加工,所以规范化集中处理核废料,不仅是为了保护环境,也是为了将来能更好的重复利用。
核废料有几种处理方式?核废料以放射性来分级,存在低、中、高三档,中低放射性核废料占总量的97%,高放射性核废料占3%。
低、中放射性核废料的处理方式
低放射性核废料危害不大,在处理前还会进行稀释、过滤等操作,争取将低放射性核废料的危害降到最低。
目前低放射性核废料的处理方式主要是深海掩埋,因为海床底部的泥土相比于陆地,更容易吸收放射性物质,通常300~500年左右就差不多了。
中放核废料跟低放核废料的处理方式差不多,都是先经过处理,接着再安置于指定地点。
高放射性核废料的处理方式
高放核废料的危害特别大,跟中低放核废料完全是两个级别,这些放射性元素的半衰期需要数万年到数十万年不等,倘若某个核能大国没处理好高放核废料,除了危害本国之外,还会对地球造成巨大影响!
高放核废料的处理方式有两种,要么埋在4000米以下的海底,要么500~1000米深度的岩石层中。
至于选哪一种,主要还是看国家领土大小,因为陆地掩埋核废料的场所,需要满足一定条件,不是哪里挖个坑就行的。
高放核废料必须要考虑到地下水扩散的风险,所以处理地的选址必须考虑到气候、人口、经济等因素。
我国的核废料处理库在北山,此地位于西北部,人口不到1.2万人,经济落后且资源贫乏,整体经济价值较低。
北山全年降雨量约70毫米,但蒸发量高达3000毫米,几乎没有放射性元素随地下水扩散的危险。
而且北山的地质稳定性很高,处理地周围都是花岗岩,这种石头能有效阻隔辐射,所以经过多方考量,我国的核废料选址就是北山。
核废料的其他处理方式1.运往太空
确实有人提出过“把核废料扔到太空”的想法,但只要仔细一想,就觉得不切实际。
通过上文得知,一般要认真处理的就是高放核废料,而目前以人类的科技水平而言,还做不到发射火箭100%的成功率。
可能有人说,中俄美这类强国发射火箭完全不是问题的,那在此就假设强国的火箭发射成功率为100%,然而现实情况是,地球上并非只有这些国家,如果强国纷纷把核废料扔到太空中,某些科技水平不行的国家也会跟着效仿,万一他们发射失败怎么办?
到时候高放核废料就会四溢,值得注意的是,高放核废料的半衰期要几万年~几十万年,谁敢保证把核废料扔到太空中的过程中不会出现差错,地球是全人类的地球,这件事谁都马虎不得。
此外,目前全球核废料的处理均价为50.12万美元/吨,如果采用太空发射方案,其成本要高达500万美元/吨,通过数值就知道,太空发射方案不划算。
2.放在南北极冰川之下
也有科学家提过将核废料埋在南北极的冰川之下,他们的想法是将装有核废料的金属容器放在南北极,因为核废料具有热量,所以金属容器会慢慢下沉,接着冰面又会重新冻结,最后金属容易沉到冰底,这样就达到了“与世隔绝”的目的。
初看之下没什么问题,但仔细看看,却又存在较大风险。
还记得我国北山核废料处理地吗?
除了干旱之外,北山的地质条件非常稳定,而南北极的冰川存在移动的可能性,如果核废料漂移两极,地球无疑会面临“核危机”,毕竟还是那句话,高放核废料的半衰期高达几万至几十万年。
结语综上所述,目前各国处理核废料主要以陆地掩埋为主,海洋掩埋为次,最近日本打算把核废料排入海洋这件事,也引来了大家的关注。
虽然中低放核废料的危害远低于高放核废料,但只要跟“核辐射”搭边的,能好到哪里去。
如果真的如某些人口中说的没有危害,那怎么不倒入本国江河湖泊之中呢?
假如核废料真的倒入海水中,除了大量海洋生物遭殃之外,人类文明也将自食其果,就拿最简单的逻辑来讲,核废料倒入海水中,鱼类必然会受到影响,用不着多久,部分鱼类又出现在人类的餐桌上,你说怎么办?
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你觉得呢?
核电站用完的核废料最后都去哪了,会威胁人类安全吗?
核裂变反应,既可以用来制造,对人类有害的原子弹;又可以用来制造,对人类有利的核电站。
截止到目前为止,全球一共有600多座核电站,而正在运行的有400多座。而这400多座核电站的发电量,在所有方式发电站的发电量中,所占的比例为10%。
由此可见,核能发电所占的比例还是太少了。即便加上风能,水能,太阳能等发电方式发出的电量,也无法与火电厂发出的电量相抗衡。
所以说,现在的发电方式,还是以火电为主。而火电厂又主要以烧煤炭和天然气为主。煤炭和天然气燃烧又会释放出二氧化碳,二氧化硫,最终加剧温室效应。
即便如此,煤炭和天然气仍然是人类的主要能源。关键是煤炭和天然气的储量是有限的,当用完之后,短时间内也就不再有了。据统计,全球已经探明的煤炭储量为10007亿吨,可供用139年。可开采当然天然气储量为230亿立方米,可供使用250年。
从目前来看,在139年之后,就没有可供发电的煤炭,在250年之后,就没有可供发电的天然气。
那迫在眉睫的就是,寻找新型的发电方式,来取代煤炭和天然气。在眼下看来,核反应堆发电是唯一的选择。相对于火力发电厂而言,核电站对大气的污染基本上为零。不过,核反应之后产生的核废料对环境还是有一定的污染。
核废料在核电站产生的核废料中,还分为低放核废料,中放核废料,高放核废料。其中中低放核废料的占比高达95%以上,高放核废料的占比在5%以下。高放核废料又称为乏燃料,是对环境危害最大的核废料。
在对环境的影响上,乏燃料的危害占了所有核废料危害的95%,这也算是以小博大吧。
所谓的乏燃料就是含铀量非常少的,已经无法维持核电站,继续进行核裂变反应的燃料。而乏燃料中还含有增殖材料铀-238或钍-232,未烧完的和新生成的易裂变材料钚-239,铀-235,铀-233等吧。也就是含有以上这些材料,才使得乏燃料具有很强的放射性。
也就是说,在核电站产生的核废物中,对环境危害大的就是乏燃料。而对于乏燃料的处理要格外的注重。
一般来说,对于核电站核废料的处理方式,主要分为三档,是根据其放射性强弱来分的。也就是将低放核废料,中放核废料,高放核废料采用不同的方法进行处理。
对于放射性属于中低级别的核废料,也就是用混凝土建造一个放置场,以隔绝其放射性对人体带来危害。当然,核废料并不能直接放在混凝土放置场内,而是要经过压缩和固化之后,放入特定的容器中,最后运到核废料放置场,让其自身进行衰变。
而对于高放射性的乏燃料来说,处理起来就要特别谨慎了。
乏燃料的处理一般要经过三个步骤,分别是“冷却,处理 终处理”。
冷却由于乏燃料的比活度很高,所谓的比活度就是乏燃料的放射性与其质量的比值。此外,在衰变时还会释放大量的热。
如果将此时的乏燃料,直接装入特定的容器后,很容易烧毁容器,并导致乏燃料泄露。
虽然乏燃料含有的铀非常少,如果聚集在一起后,又达到临界状态,很有可能会发生爆炸,这里的爆炸也就和原子弹爆炸是一样的。
基于以上的种种原因,就必须将将乏燃料分开储藏一段时间后,等到放射性和余热降到一定的标准后,再进行下一步的处理。
处理处理的目的就要要分离出可以回收利用的燃料,将不可回收的乏燃料进行最后的处理。
为了分离出可以回收利用的核燃料,最常用的办法就是“溶剂萃取法”,也算是被世界各国,公认的比较安全的分离法。
具体的方法就是让乏燃料经过酸溶解,之后通过调节酸的浓度,在多级逆流萃取设备中分离出铀,钚,以及其他裂变产物,从而将有用的燃料回收利用起来。
终处理终处理的目的就是:将不可回收利用的乏燃料永久的封存起来,避免其危害环境和人类。
为了达成这个目的,也就只有找到一个合适的地方,深挖洞,进行掩埋了。而是个掩埋乏燃料的位置,其地质结构必须极为的的稳定,不会受到地震,地下水,火山爆发等的影响。当找到这种位置后,就可以通过挖洞技术,挖出300米深的洞穴,将乏燃料埋藏起来。
经过以上的步骤,就可以将核废料分门别类的处理完成。毕竟乏燃料的半衰期太长了,即便是深埋在地下,也难免受到地质活动的影响。一旦发生泄露,那还是会对环境造成较为严重的危害。
当然,为了尽量减少乏燃料对环境的影响,也就只有两个办法。
第一:研发新型的核反应堆。随着技术的发展,核反应堆已经发展了四代,最新的就是钍基熔盐堆。该反应堆具备产生核废料少,安全性高,防扩散性能强,经济性更好的特点。随着时间的推移,在核聚变反应堆实现商业化运营之前,应该会大力推广钍基熔盐堆的。毕竟少产生一些核废料,就会对环境更加的友好。
第二:尽快突破核聚变反应堆的技术难点。目前来说,距离实现核聚变发电,还有很长的一段路要走。无论是磁约束装置,还是惯性约束装置,所能够运行的时间都太短了。远远没有达到可以持续运行下去的程度。
我国建造的EAST装置,实现了可重复的1.2亿度,101秒等离子体运行和1.6亿度,20秒等离子体运行。这已经是托卡马克装置中,较为顶尖的存在。即便如此,还是远远不足以商业化运行。
也只有实现可控核聚变,人类的能源问题,才得到初步的解决。
核电站用完的核废料最后都去哪了,会威胁人类安全吗?
会的!
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