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安全处置


核废料不敌古岩层


作者:Celia Luterbacher, 于圣于尔萨纳(St Ursanne)


泰利山岩石实验室于今年5月19日庆祝创建20周年。 (Keystone)

泰利山岩石实验室于今年5月19日庆祝创建20周年。

(Keystone)

瑞士的五座核电站相继关闭后(),将有成千上万立方米的核废料需要妥善处置,而在瑞士土壤下发现的一种特殊类型的粘土,有可能解决这些核废料的处置难题。

如果您有幸参加汝拉州(Jura)圣于尔萨纳(St Ursanne)泰利山岩石实验室(Mont Terri Rock Laboratory)的地下之旅,那么在您下行300米的途中首先注意到的,会是四壁渗水、潮湿黝黑的隧道。

再往下走一点,隧道四壁突然变得极其干燥。这标志着石灰岩与硬泥岩层的地质过渡,而对泰利山项目的科学家们来说,这就像是挖到了金矿。

尽管手感很硬,但这种深灰物质却因其地质构成被归为粘土矿物,然而它却与我们平日里所熟知的柔软可塑的粘土截然不同。在1.75亿年前的侏罗纪期间,瑞士尚被浅海覆盖,这种粘土便在此时形成。硬泥岩的英文名来自发现于这个岩层中的一种被称为滑菊石的鹦鹉螺(英)化石,这种螺的壳具有珍珠似的乳白光泽,故有Opalinus Clay(即“乳白粘土”之意)这么个名字。

令人不可思议的是,仍有少量海水被这个粘土层的细小孔洞困住,未曾蒸发-它无疑是这种岩层能防止液体渗透的佐证。而这也正是科研人员对硬泥岩如此感兴趣的原因:它的透水性极低,几乎滴水不漏,甚至在断裂之后还能自动粘合。

这意味着核废料在硬泥岩的环绕下可以被有效封存,从而令周遭的世界免受放射性微粒的侵害。

一个国际性组织

泰利山项目于1996年启动,它是来自8个国家16个机构的合作项目。位于圣于尔萨纳的这间实验室提供了全长700米左右的地下科研巷道,每一个都用于放射性核废料处置与碳封存相关的不同子项目。近二十年来,该项目已完成了130个实验,其中45个仍在进行之中。项目组共包括大约1000名科学家、工程师与技术人员。

截至目前,投入这个实验室的资金已高达约7500万瑞郎(约合5.12亿元人民币),其中大多数来自项目各合作伙伴。自2005年起,该岩石实验室的运营与安全由瑞士国防部下属单位瑞士地绘局(多语)(swisstopo)负责。

“如果这里能行,那么别处也能行”

泰利山岩石实验室本身并非潜在的核废料储存地。不过,该地专用于进行实际规模实验,而这些实验的目的,则是要解决与利用硬泥岩层作放射性废料长期深地质处置相关的所有潜在安全问题以及可行性问题。

从该项目积累的知识,将会被用来帮助瑞士及项目的国际合作伙伴在日后选择合适的核废料存放场所。

在今年5月泰利山项目成立20周年之际发表的一份声明中,瑞士深地质储存所部门规划州级委员会主席马库斯·克吉(Markus Kägi)表示:“要不要为放射性废料修建地下储存所,是个政治问题。然而这种储存所建在哪里,则必须由科学说了算。”

“实验有成功也有失败,开始尝试时我们可能会遭遇失败。在泰利山,我们承担得起失败。但到了真正的储存所,就不能有丝毫的失误。”

在泰利山深埋地下的实验室内所做的各种实验,侧重于探索硬泥岩本身的特性,以及为核废料设计安全的密封罐与屏障。比如为了探明岩石遏制放射性微粒的能力,科学家向岩层中注入一定数量的放射性跟踪剂,一年后再测试这些跟踪剂微粒的位移距离。

科研人员还在监控该地区的地震活动,并研究地震活动对粘土所产生的影响。因为在地下储存危险物质,意味着地球板块的活动可能对未来储存场所的稳定性造成实际威胁。

泰利山项目总监保罗·波萨尔(Paul Bossart)指出,事实上该岩石实验室确实位于一个地震活动非常频繁的地带,但这其实是件好事,因为“如果这里能行,那么别处也能行”。

深挖洞

波萨尔告诉瑞士资讯swissinfo.ch,虽然硬泥岩在瑞士及欧洲其他地区广为分布,但在考虑可能的核废料储存所选址问题时,必须遵循严格的标准。

“从日内瓦到圣加仑一带,在地下钻个孔,你都会找到硬泥岩。在德国南部也找得到这种岩层-它所覆盖的整个区域面积约为10万平方公里,相当于瑞士国土面积的两倍,”波萨尔透露:“可是你无法在地下3000米深处修建(核废料)储存所,合适的深度应在400-900米之间。此外,将来可能被冰川覆盖的地区也须避免,因为存在冰川破坏废料的风险。”

多亏了泰利山岩石实验室与其合作机构的努力,泰利山项目做出如下结论-硬泥岩粘土是适合用于高放射性物质长期处置的“稳定”材料。该实验室的合作机构还包括其他三家岩石实验室,以及瑞士放射性废料深地质处置技术能力中心Nagra(德、英、法)(其全称为放射性废料处置国有合作企业)。

“无论我们支持或反对使用核能源……我们都必须接受核废料存在的事实。我们的社会必须负责对其作出安全妥善的长期处理。”瑞士国防部长盖伊帕尔默兰(Guy Parmelin)20165月泰利山项目20周年庆典上如是说。

不过,对于这种独特岩石及其特性的知识有待探索。

首先,尽管硬泥岩有作为自然屏障的优势,但它的导热性却较差,除非被分散在较大区域中,否则核废料可能导致这种粘土岩层温度过高。其次,硬泥岩作为岩层不够结实,因此修建容纳固体废料的稳定结构,会是一项重大工程挑战。

科研人员还对利用硬泥岩层封存过量二氧化碳-即主要温室气体之一-很感兴趣。但必须进行更多这方面的实验,以明确向岩层中注入二氧化碳是否会产生不利影响,例如引发地震或地下水污染。

为了深入探究这些问题,泰利山项目已计划自2018年初起,对岩石实验室斥资500万瑞郎(约合3421万元人民币)进行扩建,而目前有十个项目提案正在考虑研究之中,它们将成为于2020年启动的一个新科研计划的组成部分。

“我认为真要打算修建地下储存所的话,就必须在把方方面面的问题都考虑在内的情况下,比如科研数据、现场测试和自然模拟等等,最终选择一个安全场所,”波萨尔指出。

“在自然模拟研究中,我们能够研究过去发生的情况,从而对未来作出预见……以泰利山为例,我们可以通过研究细孔中的水,探索600万年前的过去,再把相关知识运用到今天。”

放射知识入门

放射性是一种能源形式,我们大多数人每天都会暴露于低剂量辐射中。铀、钍、氡及某种形式的钾与碳等天然辐射材料,会在不稳定的原子核进入衰变期时释放出射线,这便是放射衰变。暴露于极高强度的辐射下会令人体组织受到损伤,辐射水平的单位为毫希沃特(mSv,又称毫西弗或毫希)。当辐射剂量介于200-1000毫希沃特时会提高致癌风险,而大约50%的人在暴露于8000毫希沃特或以上剂量的辐射时会死亡。试比较:乘坐一次洲际往返飞行会令人体吸收到0.03-0.06左右毫希沃特的辐射,而在瑞士,放射性职业工作者一年累积全身受职业辐射的法定上限是20毫希沃特。

瑞士的核废料

瑞士的大多数核废料来自国内的五座核电站,小部分来自研究、医疗与工业领域。瑞士已决定不再新建核电站,现有的五座核电站也将在达到其使用年限后关闭。联邦能源局估计,到那时,将有大约10万立方米核废料需要安全妥善的处置。因此《瑞士联邦核能法令》(多语)指出,必须找到一个深地质储存所。在作出长期解决方案的决定前,瑞士的核废料都储存在阿尔高州(Aargau)的一座地上专用储存设施里。


我们愿意倾听您的看法:您是否认为硬泥岩粘土是做核废料安全与长期处置的一个好选择?为什么?


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(翻译:小雷), 瑞士资讯swissinfo.ch

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