20億年前的「核電站」,教會現代人類處理核廢料的秘訣

2021-01-17 科技風人院

隨著核能技術的發展,如果有一天全世界都使用核電,將會產生大量的核廢料,那麼人類該怎樣處理這些核廢料呢?

在非洲發現的20億年前的「核電站」,告訴了我們答案,而且效果很好。

發現20億年前的非洲加彭奧克洛「核電站」

先帶大家看一張圖片:這是一個核廢料庫,存放了20億年的核廢料。是的,你沒看錯,20億年!

20世紀70年代,在非洲加彭奧克洛發現的鈾礦引起了人們的注意,因為這些礦石有 "問題"——它們已經被使用過了!

這個發現引起了人們的熱議:有沒有可能是外星人在地球上建立了核電站,又或者是若干萬年前有地球上存在其他智慧生物,已經能夠熟練地使用核能,只是滅絕了或者遷徙到其它星球去了?

最後,事實證明,加彭奧克洛鈾礦的確是在一個反應堆裡,一個天然的反應堆,被稱為奧克洛反應堆。

幾十億年前,鈾的同位素組合更類似於我們今天在核反應堆中所使用的鈾。所以它所需要的只是一點水來緩和中子,然後就會自發地發生核裂變,就像我們今天做的一樣。

核裂變意味著核廢料。這些自然反應堆也會產生廢物。這意味著我們有了一個千載難逢的機會來研究這些廢料的降解情況。

結論是令人震驚的。

天然「核電站」教會了我們什麼秘籍?

這裡先給大家科普一下人類目前處理核廢料所面臨的的難題。

核廢料的降解周期很長,有的長達數億年,在數億年的地質變遷中,核廢料可能會向周圍的土地以及地下水慢慢擴散,最終引起大範圍的核汙染。畢竟,人類目前製造的裝核廢料的容器,是沒有辦法長期保存的,我說的「長期」指的是幾千萬上億年的時間。

讓科學家驚訝的是,非洲加彭奧克洛「核電站」裡的核廢料的經歷20億年的變遷,一直停留在原地,移動的距離不到3米。要知道,他們沒有被裝在燃料包裡,沒有封裝,遭受著劇烈的溫度波動,被地下水衝刷了幾十億年的時間。

最重要的發現是,像鈽和鋂這類半衰期很長的廢物(鈽-244的半衰期是八千萬年),以及其他錒系元素,在還原環境下竟與巖石發生化學結合,並保持完全不移動。這就是天然核廢料庫起作用的關鍵。

大自然已經把方法告訴了我們,於是人類雄心勃勃準備按這種方式建立自己的核廢料庫。

瑞典的KBS-3核廢料處理方法

瑞典的KBS-3方法是建立在加彭奧克洛鈾礦的發現和70年代以來的進一步研究基礎上的。KBS-3已經在芬蘭和瑞典獲得批准。

KBS-3除了利用基巖的還原環境外,還增加了一些強化措施。

比如將燃料留在燃料棒中,即包覆鋯合金。然後,它們被放置在鑄鐵支架上。鑄鐵確保了剛性和韌性。增加50毫米厚的耐腐蝕銅囊,用於封裝燃料束及其支架。該銅囊周圍有一層吸水的膨潤土粘土,起到軟墊的作用,使銅囊不受基巖運動的影響。因為當粘土溼潤時,會膨脹到50個大氣壓的壓力,並被壓入周圍所有的裂縫和裂隙中。

對了,KBS-3核廢料庫建立在地質穩定的基巖中向下500米處,有還原環境,只有少量的地下水運動。

奧克洛反應堆唯一有的就是還原環境,光是這一點,就能讓廢物停留20億年。因此KBS-3肯定也可以做到這一點。

尾聲

當人類苦苦尋覓找不到答案的時候,大自然魔術般地現身為人類解惑,這個發現也為人類安全處置核廢料鋪平了道路,接下來要做的就是安心等待核電技術的進一步發展了。

最後,強烈呼籲日本不要把核廢料倒入海裡!請教一下瑞典不好麼?

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