200億美元投資收獲首塊9公斤玻璃
這是一個等待了20余年的喜訊。近日，美國太平洋西北國家實驗室的科學家成功完成低放廢液玻璃固化的首次熱試。
“此次試驗產(chǎn)生的9公斤玻璃，是美國能源部自1997年給漢福特廠核廢料處理項目投資200多億美元產(chǎn)生的第一塊核廢料玻璃。”6月28日，武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室教授徐凱在接受記者專訪時介紹。他曾在美國太平洋西北國家實驗室工作多年。
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，對真實低放廢液進行固化處理。值得一提的是，該工藝為連續(xù)進料模式而非傳統(tǒng)的批次進料。
“這對深入研究漢福特玻璃固化工藝，以及未來擴大處理規(guī)模具有極其重要的指導意義。”徐凱評價。
作為曼哈頓計劃的一部分，漢福特廠建于1943年，人類首次核彈引爆試驗及投放到日本長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。
隨著時間的推移，簡單液態(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，1989年美國聯(lián)邦政府著手處理此處核廢料。但因處理工藝復雜、技術(shù)難度大，雖然投資費用一直呈直線式攀升，但項目進展十分緩慢。
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等特點，如果不加以嚴格管理、妥善處理，一旦進入生物圈，必將造成極其嚴重的環(huán)境災難。
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)消除其流動性，降低廢液內(nèi)含有的放射性元素進入環(huán)境的可能性，繼而將廢液固化體放置于深地質(zhì)層中，實現(xiàn)對廢料的最終處置，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線圈，對鍋內(nèi)玻璃液實現(xiàn)感應加熱，與此同時，在鍋外圍注入冷水，高溫玻璃液在鍋內(nèi)壁形成起保護作用的“鍋巴”，避免了對鍋的腐蝕，延長了使用壽命。
過程聽起來并不是太復雜，但不能忽略的是，玻璃固化裝置運行條件和要求極為特殊，工作環(huán)境不但具有放射性，而且溫度高達上千攝氏度。所有操作特別是維護，必須能通過遠距離完成。
“好比送到月球的月球車壞了，只能遠距離遙控修復。有些難度大的修復，維修風險與成本甚至比建造成本還高。”徐凱說。
他同時表示，玻璃固化是一項高精尖的復雜技術(shù)。目前世界上掌握玻璃固化技術(shù)的國家并不多，有限的玻璃固化技術(shù)國際合作也無法實現(xiàn)真正的核心技術(shù)交流。即使有外國公司的技術(shù)援助，如英國核燃料公司曾是漢福特核廢料處理項目的主要承包商，美國太平洋西北國家實驗室也并未中斷玻璃固化技術(shù)研究，四十年如一日，在玻璃固化領域產(chǎn)生了大量原創(chuàng)性成果，對未來的工程化應用有著至關(guān)重要的指導作用，“可見堅持自主創(chuàng)新十分必要”。
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