這是一個(gè)等待了20余年的喜訊。近日，美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家成功完成低放廢液玻璃固化的首次熱試。
“此次試驗(yàn)產(chǎn)生的9公斤玻璃，是美國(guó)能源部自1997年給漢福特廠核廢料處理項(xiàng)目投資200多億美元產(chǎn)生的第一塊核廢料玻璃?！?月28日，武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授徐凱在接受記者專訪時(shí)介紹。他曾在美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作多年。
徐凱解釋，這次熱試完全模擬漢福特廠將要采取的低放廢液處理工藝，對(duì)真實(shí)低放廢液進(jìn)行固化處理。值得一提的是，該工藝為連續(xù)進(jìn)料模式而非傳統(tǒng)的批次進(jìn)料。
“這對(duì)深入研究漢福特玻璃固化工藝，以及未來擴(kuò)大處理規(guī)模具有極其重要的指導(dǎo)意義。”徐凱評(píng)價(jià)。
作為曼哈頓計(jì)劃的一部分，漢福特廠建于1943年，人類首次核彈引爆試驗(yàn)及投放到日本長(zhǎng)崎的原子彈所使用的高純钚都產(chǎn)自這里。在提取高純钚過程中，該廠產(chǎn)生了大量放射性廢液。目前，約20萬立方米的軍工遺留廢液暫存于此，貯存量為全球之最，其中90%以上為低放廢液。
隨著時(shí)間的推移，簡(jiǎn)單液態(tài)貯存方式的弊端日益暴露。1987年，漢福特廠成為核廢料處理場(chǎng)，1989年美國(guó)聯(lián)邦政府著手處理此處核廢料。但因處理工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大，雖然投資費(fèi)用一直呈直線式攀升，但項(xiàng)目進(jìn)展十分緩慢。
核廢料是人類面臨的主要環(huán)境問題之一。比如，乏燃料后處理中產(chǎn)生的高水平放射性廢液，含有輻照核燃料中總裂變產(chǎn)物的97%以上，由于具有放射性元素濃度高、釋熱率大和腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，如果不加以嚴(yán)格管理、妥善處理，一旦進(jìn)入生物圈，必將造成極其嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難。
過去40多年，科研人員一直在探索一種技術(shù)路徑，其中第一步是先將廢液轉(zhuǎn)化為固態(tài)消除其流動(dòng)性，降低廢液內(nèi)含有的放射性元素進(jìn)入環(huán)境的可能性，繼而將廢液固化體放置于深地質(zhì)層中，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢料的最終處置，利用地質(zhì)介質(zhì)為屏障將廢物中的放射性元素和人類生活的環(huán)境相隔絕。
所謂玻璃固化，是指將核廢料與玻璃添加劑混合，經(jīng)高溫熔融，澆鑄成玻璃固化體的工藝，放射性元素在原子尺度內(nèi)固化于玻璃體內(nèi)，保證了其地質(zhì)存貯的安全，被認(rèn)為是完成最終處置的第一道重要工序。
目前玻璃固化有兩條技術(shù)路徑：熱鍋法、冷鍋法。
通俗地講，熱鍋法是將廢液濃縮、煅燒后轉(zhuǎn)化成的粉狀氧化物，撒向高達(dá)1200攝氏度的硼硅酸鹽玻璃液里，讓氧化物與液態(tài)玻璃融合。冷鍋法的核心是在鍋外纏繞感應(yīng)線圈，對(duì)鍋內(nèi)玻璃液實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱，與此同時(shí)，在鍋外圍注入冷水，高溫玻璃液在鍋內(nèi)壁形成起保護(hù)作用的“鍋巴”，避免了對(duì)鍋的腐蝕，延長(zhǎng)了使用壽命。
過程聽起來并不是太復(fù)雜，但不能忽略的是，玻璃固化裝置運(yùn)行條件和要求極為特殊，工作環(huán)境不但具有放射性，而且溫度高達(dá)上千攝氏度。所有操作特別是維護(hù)，必須能通過遠(yuǎn)距離完成。
“好比送到月球的月球車壞了，只能遠(yuǎn)距離遙控修復(fù)。有些難度大的修復(fù)，維修風(fēng)險(xiǎn)與成本甚至比建造成本還高?！毙靹P說。
他同時(shí)表示，玻璃固化是一項(xiàng)高精尖的復(fù)雜技術(shù)。目前世界上掌握玻璃固化技術(shù)的國(guó)家并不多，有限的玻璃固化技術(shù)國(guó)際合作也無法實(shí)現(xiàn)真正的核心技術(shù)交流。即使有外國(guó)公司的技術(shù)援助，如英國(guó)核燃料公司曾是漢福特核廢料處理項(xiàng)目的主要承包商，美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也并未中斷玻璃固化技術(shù)研究，四十年如一日，在玻璃固化領(lǐng)域產(chǎn)生了大量原創(chuàng)性成果，對(duì)未來的工程化應(yīng)用有著至關(guān)重要的指導(dǎo)作用，“可見堅(jiān)持自主創(chuàng)新十分必要”。
來源:中國(guó)科技網(wǎng) 作者:陳 瑜
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