为什么核废料是“废物”？

核燃料释放能量的本质是核裂变反应：中子轰击铀235，使原子核分裂成两个质量更小的新原子核。在这个过程中，释放出巨大的能量。然而，与化石能源不同，铀不能直接从地下开采出来并直接发生反应。必须先用化学方法纯化。净化过程会产生大量的化学废物。此外，铀矿中还含有一些铀含量极低的岩渣。它们不能用作核反应燃料，也成为核废料的一部分。

当核燃料发生裂变反应时，铀不能完全反应。在当今常见的核裂变反应堆中，为了提高核燃料的反应效率，需要将裂变产生的高速中子（快中子）减速成速度较慢的中子（热中子）。热中子可以尽可能地与核燃料碰撞以维持反应过程。但随着反应的进行，铀燃料越来越少，热中子越来越少，反应产物越来越多，核燃料和热中子逐渐分离，反应无法继续进行。 。我们把铀裂变的产物和未反应的残渣称为乏燃料，它们也是“核废料”的一部分。另外，核电站的使用不是永久性的，其寿命一般在30年左右。即将退役的核电站需要拆除。但主泵、安全壳、冷却池等设施设备由于长期接触放射性物质，也具有一定程度的放射性，需要按核废物处理。

综合来看，核反应堆使用后留下的“废物”并不多。

处理核废料的困难

核废料对生物和环境的危害有多大，无需赘述。但更尴尬的是，这些废物的影响并不是一朝一夕发生的，而是数百万年的时间，给人类造成了世世代代的伤害。因此，如何处理这些核废料成为了一个长期存在的问题。

等待掩埋的核废料金属罐

为了处理核废料，科学家提出了很多方法，包括将其送入太空、埋在海底、冷冻等。这些方法中的每一种都有不同的困难和问题。因此，现在最常用的方法是固化后埋入深层地层。玻璃化是目前安全处理核废料最有效的固化方法。核废料和玻璃首先在高温下熔化在一起，然后温度迅速冷却，将核废料密封在玻璃中。然后将这整块“玻璃”封装在可以屏蔽辐射的金属罐中，最后深埋在更深的地下（至少500米深）。

这种方法虽然可以最大程度地防止放射性元素的泄漏，但占用的地下空间太大。现在世界核废料已达数十万吨，未来还将继续增加。哪里会有那么多土地来掩埋核废料？浪费怎么办？核废料的再利用是根本解决之道。

如前所述，核废料由许多不同类别的成分组成。净化过程中产生的核废料由于提炼成本较高，不适合再利用，而核反应堆组件也没有再利用价值，只能继续固化掩埋。然而，乏燃料（核废料的主体）仍然有很大的用途。乏燃料的96%是剩余的未反应的铀，其中大部分是铀238；约1%是钚239和钚240，是铀俘获中子后产生的；其余物质来自核反应，产物包括镎、镅、锔等超铀元素，以及锶90、铯137、锝99等裂变元素。这些物质每一种都有自己的用途，但是如果想要重新利用它们，就必须先将它们一一分离纯化。传统的分离方法有化学法、溶剂溶解萃取法、离子交换或吸附法、挥发法、电解法等，不同的元素需要不同的方法进行萃取，造成反应废物大量，纯化精度低。

2018年竣工的广东省清远市等离子危废处理项目，或将成为乏燃料分离的新方法。等离子体处理法是目前处理固体废物最先进的方法。系统中心可产生温度高达20,000°C至30,000°C的等离子炬，炬边缘的温度也可达3,000°C左右。当高温高压等离子体撞击被处理物体时，被处理物体的分子和原子会重新结合生成新的物质，从​​而将有害物质变成无害物质，甚至变成可重复利用的资源。 。这些重组材料将被分为三类：气体、玻璃和金属，然后从各自的发射通道中分离出来。如果针对核废料设计独特的处理方法和装置，该项目也可以处理核废料。

核废料重获新生

从乏燃料中提取的大部分材料是未反应的铀和钚。它们不能像其他元素一样用作化学原料，只能再次用作核燃料。上面的过程不是还要再重复一遍吗？幸运的是，最近科学家们还为它们量身打造了一套新的反应堆，让它们也能利用它们的“余热”。

这种新型反应堆被称为快中子反应堆。顾名思义，它不像传统核反应堆那样减缓裂变产生的快中子，而是直接利用快中子参与反应。另外，其核燃料不再是铀235，而是乏燃料的主要成分钚239和铀238。

快中子反应堆的反应中心有点特殊：一圈铀238包围着核心燃料钚239的外再生区，两者交替成为核燃料。钚239的裂变反应释放出许多快中子。这些快中子撞击外围的铀238。铀238吸收这些中子并迅速变成钚239。新产生的钚239继续裂变，开始下一个周期。

每个钚239核裂变产生的快中子可以将12至16个铀238转变为钚239。也就是说，燃料钚239发生裂变反应后，不仅产生大量能量，而且数量不减反增。这样，裂变反应就会持续下去，直到外围的铀238完全消耗殆尽。该反应将完全停止。

显然，快中子反应堆比普通热中子反应堆能够进行更完整的裂变反应。据测算，如果快中子堆得到推广应用，铀资源利用率将提高50至60倍，从乏燃料中提取的大量钚239和铀238可以得到充分利用，核废料污染环境的风险将会降低。问题。

现在，快中子反应堆已成为核能系统的主要堆型，包括中国在内的许多国家都在积极研发快中子反应堆。中国在这一领域的研究走在世界前列。 2011年，中国在北京建造了一座实验快堆，这是世界上为数不多的快中子反应堆之一，目前仍在稳定运行。

核能虽然好，但也存在很多问题。想要利用好核能，人类还有很长的路要走。