核廢料玻璃化冷凍處理法....

核廢料玻璃化這種最新的處理方法，能讓核廢料安全存放20萬年，比核廢料的放射性保持期要長。總部位於倫敦的Amec公司曾負責“9·11”事件後紐約世貿雙塔的清理工作以及五角大樓的修復工作。該公司稱，他們的最新處理方法能讓核廢料安全存放20萬年，比核廢料的放射性保持期要長，這種方法能改變核工業，從而推廣這種可代替礦物燃料的可靠能源。

這種名為“土壤熔解”的新方法已經成功地通過了美國政府的測試。美國政府在華盛頓花費了5300萬美元建立了試驗工廠，計畫用此種方法處理上世紀40年代原子彈試驗殘留的30萬加侖液體廢物。Amec公司已經與英國國有核能公司—英國核燃料有限公司談判，後者在坎布里亞郡的塞拉菲爾德有一家工廠，並且在16個國家有2．3萬名員工。該公司準備在幾個月內派員工到美國視察Amec公司的選址。

英國貿工部也將研究這種處理方法。Amec公司的處理方法是在排列成行的大金屬罐裏將核廢料與土壤或其他“玻璃形成物”混合在一起，其中20％是核廢料，80％是土壤。然後通過兩端的石墨電極以3000攝氏度的高溫對混合物進行加熱。加熱後排出的氣體另行處理，主要是二氧化碳和碳氫化合物。最後將熔化的物質冷卻，形成比混凝土還要硬的大玻璃塊。

這種被稱為“玻璃化”的處理方法由位於俄亥俄州的巴特爾研究所發明。該研究所曾發明了影印機和CD。Amec公司在全球的天然氣、石油、煤礦和森林等行業都有投資，去年的營業額是47億英鎊。它從巴特爾研究所購買了這項技術，獲得了這項處理方法的全球許可。

英國核燃料有限公司以混凝土形式存放了大量核廢物，存放時間可長達200年。這已引起全世界的廣泛關注：擔心放射性物質洩漏到供水系統，對公共衛生和環境造成嚴重威脅。英國核燃料有限公司通過“持續熔解”的方法已經對塞拉菲爾德的一些核廢料進行了玻璃化處理，然後儲存在類似牛奶攪拌器的6英尺見方的容器裏。這些容器封存在偏僻之處的地面。去年，共有341個容器裝入了玻璃化核廢料。

一位發言人說，玻璃化處理後的核廢料的存放時間沒有放射性存在時間長，所以有必要進行“一定程度的再包裝”。Amec公司稱，與英國核燃料有限公司的方法相比，它的方法可以產生品質更好、保存時間更長的玻璃體，而且成本減少了四分之一。

玻璃化核廢料的新形式之所以比英國核燃料有限公司的玻璃體能更長久地保存是因為它的化學物質含量更少。Amec公司的土壤熔解專案負責人唐·弗雷澤說：“核工業有一個形象問題。公眾關注的問題主要是放射性廢料的處理。我們相信，土壤熔解的方法解決了這個問題，可以改變核工業的形象，它比迄今為止其他任何方法都更加有效。”

弗雷澤還說，新方法的玻璃化廢料能保存一個“地質時代”，其中所有的放射性顆粒“在玻璃體全部腐蝕消失前已衰變為無輻射的元素或化合物”。他說：“在幾千年裏，這對公眾以及生活在附近的任何人都不會產生威脅。”

然而，國際環境保護組織—綠色和平組織的核能專家瓊·麥克索利說，土壤熔解並不是解決核廢料問題的終極辦法，但有可能是管理進程中的重要一步。“目前，還沒有任何環境上可以接受的核廢料解決方案。”瓊·麥克索利說：“我們已經推薦新的玻璃化方法，但只有時間才能證明這種新方法是否比現行方法更有效。”

放射性廢料

放射性廢料是一種包含放射性物質的廢料，一般在如核裂變一類的核反應中產生。事實上，一些不與核工業直接關聯的的產業再各自的生產活動中也會排放出一定量的放射性廢料。放射性廢料按其單位體積或單位質量的放射性強弱共分為高、中、低三級，其中低級廢料佔據了主要部分，中級廢料與高級廢料較少。

一般來說，物質的放射性會隨時間的推移而減弱，所以原則上所有放射性廢料都可以與外界隔絕一段時間，達到使其組分不再能引起危害的目的。醫用放射性物質或工業放射性物質的封存時間一般為幾小時至幾年，而高級廢料則需要封藏上千年。如今，處置這幾類放射性廢料的主要途徑有：

1>隔離或貯藏短壽命的廢料；

2>近地面處理低級廢料和一部分中級廢料；

3>地下深入保護性掩埋（深地質處置）長壽命的高級廢料。

作為聯合國國際原子能機構(IAEA)的乏燃料管理安全和放射性廢料管理安全聯合公約章程的一部分，簽署協議的大部分已開發國家放射性核廢料的儲量及處理辦法的概要會定期地公布並被進行評審。

放射性廢料都含有放射性同位素——一類因原子核的不穩定而容易發生衰變的元素，它們以不同形式、不同強弱進行持續時間長短不同的衰變。衰變中產生的致電離輻射不論對人類生命健康還是對自然環境都能造成一定傷害。

物理性質

放射性廢料中含有的所有放射性同位素都具有各自的半衰期（使自身的一半衰變為其他物質所需要的時間），最終放射性廢料會衰變作完全不具放射性的物質。某些乏燃料中的放射性元素（如鈽-239）在自然放置上千年後對人類及其他生命仍然還是有害的，另外，甚至還存在上百萬年都不能衰變完全的同位素。因此，這些廢料必須被封存幾個世紀並與自然環境隔離更長時間。

某些元素具有較短的半衰期（如碘-131的半衰期約為8天），所以相對於其他放射性元素而言，它們造成的危害較小，不過它們在衰變初期由於衰變急劇，其實更加活躍、危險。一種同位素衰變得越快，它的放射性越強。某種純的放射性物質的危險程度是由它衰變產生的輻射種類與能量等重要因素界定的，而這種物質的活潑性、擴散入環境及被生物吸收的難易程度則由它的化學性質決定。對於許多不能很快衰變至較穩定的狀態，而是繼續產生放射性衰變產物或引起衰變鏈的放射性同位素，它們和自身的衰變產物的性質和影響更加複雜。

藥物動力學性質

 暴露在高強度的放射性廢料的輻射中可能會導致嚴重損傷，甚至死亡。對成熟的動物進行輻照或其他能導致變異的處理（如化學療法中的細胞毒類腫瘤藥物治療，該藥物本身也是致癌物），可能導致該生物體患上癌症。經計算，5西弗的輻射劑量對於人類已是致命。另外，一劑0.1西弗的輻射令人死亡的機率是8‰，該機率隨單劑劑量每增加0.1西弗增加一倍。致電離輻射可能導致染色體片段的缺失。如果一個發育中的有機體（如未出生的嬰兒）接受了輻射，可能會導致先天性畸形等先天性疾病，不過這些缺陷卻不會出現在同樣接受了輻照形成的配子或由配子融合形成的細胞中。由於人們對輻射誘變的機理尚不明確、不能以人類意志控制人工誘變的結果，所以由輻射導致的突變對人類的影響仍是不定向的（既不能預期它對人類的影響是利是弊）。

暴露在放射性同位素的輻射中的危險性取決於該放射性同位素的衰變形式及該放射性同位素所屬元素的藥物動力學性質（即該元素的代方式謝與代謝速度）。例如，雖然碘-131是一種短壽命、並以β、γ兩種形式衰變的放射性同位素，但它卻因為會在甲狀腺中聚集而對生命體造成比一般以水溶性化合物形式存在的銫-137更大的傷害（能溶解在水中的物質更易隨尿液排出）。同樣地，主要以α形式衰變的錒系元素（如鐳、鈾等），由於它們一般具有較長的生理學半衰期與較高的線性能量轉移值，所以也被認為對生命體有較大危害。因為在上述幾個方面的不同，放射性同位素能造成的生理學損傷較難簡單判斷。

放射性廢料的來源有很多種，其中最主要的包括核燃料循環及核武器的再加工。其他來源包括醫用放射性物質、工業放射性物質及在加工、使用一些化石燃料（如煤、石油和天然氣）或其他礦物的過程中濃縮的天然放射性物質（naturally occurring radioactive materials，NORM)

首端

核燃料循環首端產生的放射性核廢料一般為以α形式衰變的鈾的萃取物。這些物質中常常含有鐳以及鐳的衰變產物。

在鈾礦中採集的二氧化鈾（UO2）的放射性其實並不十分強——大約只是建築中使用的花崗岩的放射性強度的幾千倍。人們將這些鈾的氧化物精鍊得到八氧化二鈾（U2O8），再轉化成六氟化鈾（UF6）氣體。經過濃縮，鈾-235的含量可由原來的0.7%提升至4.4%（低濃縮鈾，LEU）。最後，經過一系列的反應，六氟化鈾還原成質地堅硬的陶狀氧化物作為核反應爐中的核燃料。

在濃縮鈾的過程中，主要的副產物是耗乏鈾（depleted uranium，DU），其主要含有鈾-238同位素，而鈾-235的含量只佔3‰。多餘的六氟化鈾及八氧化三鈾都會被封存起來。部分因其具有很大的密度而在一些特殊的領域有較高的應用價值如反坦克武器的外殼。它也常與回收後得到的鈽一起用於製造混合氧化物燃料（mixed oxide fuel，MOX），並以其「稀釋」儲存在核武器中的需要由武器級核燃料轉變為工業級核燃料的高濃縮鈾（HEU）。這一稀釋的過程也被稱作濃縮鈾稀釋，這也意味著任何已獲得成品核燃料的國家或組織需要反演該武器裝配前的十分複雜、昂貴的濃縮過程。

末端

核燃料循環的末端的乏燃料棒主要含有以β形式或γ形式衰變的裂變產物、α形式衰變的錒系元素（如鈾-234、錼-237、鈽-238和鋂-241），有時還含有輻射中子的放射性同位素（如鉲）。這些同位素都是在核反應爐中產生的。

明確從已被利用過的核燃料的後處理中重新獲得核燃料的過程是十分重要的。現在人們所使用的核燃料含有高放射性裂變產物，其中大部分是良好的中子吸收劑，專業上也被稱為「中子毒物」。由於它們不斷吸收中子，最終達到「飽和」導致鏈式反應停止——甚至連從堆芯中取走用於抑制反應的控制棒也不能使反應繼續的程度。這樣的核燃料被視為「已經用盡」，雖然其中仍含有大量的鈾-235和鈽，但還是需要用新的核燃料來取代它們。

在美國、德國和中國，這些已被利用過的核燃料主要被以不同方式貯存起來；而在俄羅斯、英國、法國、日本和印度等國，它們經過後處理除去其中的穩定裂變產物後得到再利用。俄羅斯等國對利用過的核燃料的處理過程中包含對高放射性材料的處理，從中獲得的裂變產物是濃縮的高級廢料形式存在的。這些國家都以鈽單循環（single plutonium cycle）的形式進行核燃料後處理，印度是世界上已知的唯一一個致力於鈈複合回收（multiple plutonium recycle）計劃的國家。鈈回收有兩個顯著的好處：經過後處理的核燃料變得不能再被利用於核武器的製造，但作為工業核燃料，它的利用效率可以很高。印度的鈽反應爐以實現接近典型商業核反應爐的4倍的燃燒效率。

與化石燃料的比較

有主張認為，核能在任一方面的污染都遠不及化石燃料的燃燒所造成的嚴重。2004年，英國廣播公司（BBC）的一篇報導中提到：「世界衛生組織（WHO）認為每年全世界約有3百萬人死於由車輛和工廠排放的廢氣和可吸入微粒物造成的室太空氣污染；此外，每年還有6萬人死於固體燃料燃燒引起的室內空氣污染。」  在美國，化石燃料產生的廢物與每年大約兩萬人的死亡有關。一個火力發電站與相同功率的核電站相比，火力發電站所釋放的輻射強度是核電站的10倍。根據估計,在1982年美國的燃煤活動所釋放出的幅射量甚至比三哩島核事故的幅射量高155倍。

自然的例子

有一個例子証明了放置大量放射性廢料在地下是安全且可靠的。 在20億年前的非洲西部的奧克洛，一個天然，存有大量放射性鈾的鈾礦在地下開始了其衰變過程。這個天然的核裂變反應爐持續運作了數百萬年，那些鈾衰變成鈽和其他與現今的高放射性廢物一樣的物質。儘管當時在該地區存有大量的地下水，但這些物質依然不會滲入水中污染環境，並全部衰變成其他非放射性元素。

世界核能協會提供了一個比較不同形式的能源生產造成的死亡數字。在他們的統計數字中，死亡人數是以每千瓦/年所計算出來的。根據在1970 至 1992年間的數據顯示，有885人的死是和水力發電有關 ; 有342人的死是和燃煤發電有關 ; 有85人的死是和天然氣發電有關而有8人的死則與核能發電有關。

核燃料的成分以及長遠的放射性活動

在計劃使用核燃料的同時，我們必須要考慮到如何妥善地處理放射性衰變期長的核廢料，亦即是制訂一套完整的核廢料處理方案。嚴格來說，那些放射性衰變期長的核廢料(高放射性廢料)，在制訂核廢料處理方案的過程中佔有一個很重要的地位，是最迫切需要解決的問題。而由不同類型的核燃料所造成的核廢料，其廢料處理方案也會有所不同。

使用釷的核燃料

而其中一個例子是使用釷的核燃料，釷-232會通過吸收慢中子而變成可作核燃料之用的鈾-233，所以在裂變的過程中核燃料裏通常都會存有鈾-233，而鈾-233的半衰期則有15.9萬年。而其放射性衰變將會長期佔有著核燃料的周期(由採礦至衰變完全結束)達100萬年之久。而從右上角的曲線圖表可以看出三種不同的核燃料類型裏所含有的鈾-233的放射性活動的比較。

核燃料的活性

而那些核燃料通常被分為三種，它們分別使用反應爐級鈽，與武器級鈽和混合氧化物燃料。而不同的核燃料，具有不同的活性曲線。關於反應爐級鈽和武器級鈽在一百萬年內鈾-233的量可以從右上角的曲線圖表中看出。由此可見，鈾-233的量與三種不同的核燃料類型的放射性活動有著密切的關係。而正因為混合氧化物燃料並不存在鈾-233，所以相對地它的活性便會較其他的低。相反，反應爐級鈽和武器級鈽有較高的活性，因為它們含有混合氧化物燃料沒有的鈾-233。

醫療

醫用放射性物質往往包含能放射β粒子及γ射線的物質。它們可以被分為兩大部分。在核醫學的診斷中常用到的一些短壽命γ射線放射物如鍀-99m，它們的只要在像普通垃圾一樣處理前先放置一段不長的時間已令其衰變至穩定狀態。其他醫療中常用到的放射性同位素（括號內為各自的半衰期）包括：

釔-90，用於治療淋巴瘤（2.7天）

碘-131，用於對甲狀腺進行功能測試、治療甲狀腺癌（8.0天）

鍶-89，用於治療骨癌、也用於靜脈注射（52天）

銥-192，用於近距離治療（74天）

鈷-60，用於近距離放療、體外放射治療（5.3年）

銫-137，用於近距離放療、體外放療（30年）

工業

來源於工業的廢料可能包含能放射α粒子、β粒子、中子或γ射線的物質。γ射線放射物主要用於造影，而中子放射物的用途則很廣泛：例如石油測井。

天然放射性物質(NORM)

「天然」具有放射性的物質稱作「NORM」。這類廢料主要為從鈾衰變鏈或釷衰變鏈中產生的阿爾法粒子放射物。人體放射性的來源則為鉀-40（40K）。根據大部分岩石的成分可推斷出它們都是具有一定的、但微弱的放射性。

煤炭的放射性

煤炭含有少量的放射性鈾，鋇，釷和鉀，純煤比起那些放射性物質在地殼中的分佈量更低。與純煤相比，一些碳化程度低的煤('髒'煤)，如泥炭和褐煤擁有更高含量的放射性物質(雜質)，而這些雜質會在煤燃燒時以懸浮物的型態釋放至大氣。正因為'髒'煤的灰分（不能燃燒的部分）含量高, 以致它們在燃燒時會釋放出活躍的有害物質。而'髒'煤灰的放射性則與焦煤相等但比磷灰石低，但更令人關注的是煤燼所造成空氣污染。

石油和天然氣的放射性

石油和天然氣處理工廠所排放出的廢料普遍都含有鐳及其同位素，從油井中抽取出來的硫酸鹽化合物裏富含鐳，而井裏的水，石油和天然氣則富含氡。當這些氡衰變後便形成其他固態放射性同位素並在鑽油管道內形成一層覆蓋物。在石油處理廠裏的丙烷生產區最容易受放射性污染，因為氡和丙烷處於同一個分餾層。

處理放射性廢料

低放射性廢料要監測 300 年才可以確定其安全穩定性，可是有些核廢料是屬於高放射性廢料，就算監測 300 年也沒用，因為毒性是一點也不會衰退。以鎝- 99（半衰期21.1萬年）和碘- 129（半衰期1,570萬年）為例，它們需要放置最少3000年才能有效地減低其放射性。而比它們更棘手的還有超鈾元素（比鈾重的放射性元素混合物）裡面的錼- 237（半衰期214.4萬年）和鈽-239（半衰期2.41萬年）。要妥善地處理這些核廢料需要到一定程度的技術和嚴密的監控，以隔除這些放射性廢料對生態和人類的威脅。其次就是訂制一個長期，穩定的管理方案包括貯存，處置或者把核廢料轉化成對環境無害的方式棄置，而世界各國政府正在考慮一系列的核廢料管理和處置方案，並在長遠的廢物管理方案上取得了一部分的進展。

核廢料玻璃化

要有效地長期儲存放射性廢物便要把它們轉換成一種穩定，長期不會降解(因為降解時會產生大量的崩解熱並使廢液沸騰，產生放射性氣體，增加儲存桶的壓力並發生洩漏。) 和發生反應的方式儲存。而將之玻璃化就能做到這一點。目前塞拉菲爾德已經開始採用這一種方式來儲存放射性廢物，首先把廢料(液)與糖類物質混合後煅燒，而焙燒的目的就是要去除硝酸鹽和蒸發掉多餘的水份，以增加其穩定性。

煅燒後所產生的成品(成品A)會被引入到一個充滿玻璃碎片的熔爐，之後便把尚未冷卻的液態混合物分批倒入圓形的不銹鋼容器內。當它們冷卻凝固時這些玻璃碎片，把成品A結晶化成為一種高度防水(這樣就能防止它們滲漏)的放射性玻璃不銹鋼容器，填滿後便會被密封焊接，經過清潔和外部污染檢查後，便會儲存在地下倉庫內，開始持續數萬年的衰變過程，在不銹鋼容器內的放射性玻璃，通常是表面有黑色光澤的物質。在英國，這些放射性玻璃都是通過遠端控制進行試樣製備的。放射性玻璃中的糖，是用來控制釕的化學作用，和制止它形成含揮發和爆炸性和具有放射性，因含釕- 106的 RuO4。

在西方國家，那些碎玻璃原料通常是硼矽酸鹽玻璃（類似耐熱玻璃），而前蘇聯通常使用磷酸鹽玻璃。那些在玻璃裏的核廢料的量，必須加以限制，因為有些金屬例如鈀，碲和鉑系的金屬，不能與玻璃結晶化。德國已經擁有一間正在運作中的核廢料玻璃化工廠，用來重新處理舊有，已被封存的核廢料。

自50年代以來，”玻璃化”方法已被證明是冷卻固化來自於用過核燃料再處理運作產生之高階放射性廢物所不可缺少的技術。事實上，這些高階的放射性裂變產物(Fission Product, FP)儘管它們只佔總放射性廢物體積的一小部分，卻含有總放射性活性的96％。很快地，無論是在法國和國外各地(包括美國、俄羅斯、英國、德國、日本等)，玻璃基體已成為包封高階放射性廢物必不可或缺的成分。事實上，玻璃能包封放射性元素，不是僅僅只是經由外表包裹它們，乃是透過氧化物形成的化學鍵所組成的玻璃非晶狀組織結構，牢牢地牽制了這些放射性元素的活動。

在玻璃中的用過核燃料

1978年首次工業級玻璃化生產線於法國 Marcoule 正式投產，當時在 Marcoule 的玻璃化設施，主要是為了處理來自於石墨緩衝氣冷式反應器其經過再處理後的用過核燃料所產生之高階放射性廢物，俾提供解決方法。今天，有六條生產線在 La Hague 的 R7 和 T7設施廠房中進行營運。這些設施已分別於1989年和1992年開始運作，主要是以玻璃化處理來自於壓水式反應器產出之高階放射性廢物。這些設施也能為來自於用過核燃料再處理活動所產生的高階放射性廢物提供玻璃固化的解決方法，並成為全球的工業標準。

當前營運中的工業級連續性玻璃化製程，係由兩個不同的階段所構成。第一階段涉及在 400 ° C 溫度下，乾燥並焙燒液態的高階放射性裂變產物; 接下來是煅燒融化階段，其間玻璃化佐劑 (玻璃基材) 和經焙燒過的高階放射性裂變產物被均勻混合，然後倒入一個被加熱至大約 1100 °C 的金屬容器中煅燒熔化之。

獨特的經驗回饋

15年來，產業化方式經營的這些設施都提供了獨特的經驗回饋，並以展現了法國在玻璃化製程的成熟度。然而，其中之材料和製程必須根據需要持續進行調整，譬如: 根據待處理的用過核燃料之特質演化來優化玻璃的數量 (因為更高的燃耗率可能伴隨產生更多的 a-發射源濃度於玻璃中) 、以往處理的用過核燃料所圍阻之高階放射性裂變產物，以及所處理的長壽期中階放射性核廢物(LL–IL)等。

為了因應這些挑戰，將摻雜了 a-發射源的放射性廢物予以玻璃化之研究，目前正在進行試驗中。新配方的玻璃已經被研發出來，它是依據將被處理之放射性廢物的自然本質以及玻璃化新技術予以優化，這使玻璃化製程能夠在更高的融合溫度下進行。

3個歐洲國家將於15年內開始把核廢料貯藏於地底下，即使大眾未完全支持這項作法，他們也會這麼做。

專家在“美國促進科學協會”年會（AmericanAssociation for the Advancement of Science）發表演說表示，芬蘭一個貯藏核廢料的深層地質處置場，將於2020年開始啟用。

歐盟執行委員會（European Commission）的聯合研究中心（Joint Research Center）副總署長沈克爾（Roland Schenkel）表示，瑞典的地質處置廠將在芬蘭處置場啟用後3年開始使用，“法國的深層地質處置場則計畫在2025年開始運作，這個處置場將放置處理過的玻璃化高放射性核廢料”。

沈克爾說：法國與英國、日本、俄羅斯，目前將處理過的核廢料放置於暫時貯藏設施，最終將把這些核廢料“儲存在深層地底處置場”。深層地底處置場是高放射性核廢料的最終貯藏地點。

但是根據美國維吉尼亞州喬治梅森大學（GeorgeMason University）學者麥克法蘭（AllisonMacfarlane）與德國卡斯陸聯合研究中心研究員呂岑基爾希（Klaus Luetzenkirchen）的說法，不處理核廢料，直接將之存放於深層地底處置場，是最佳也是最安全的方法。麥克法蘭說：處理核廢料花費龐大，而“地底處置場是公認存放高放射性核廢料的最佳場所”。呂岑基爾希則表示：“埋藏在地底的核廢料較容易防護。”

瑞典有1/5的人反對在自家城鎮或地區興建地底處置場，專家試圖消除這些反對人士的疑慮。瑞典核燃料及廢料管理公司（Nuclear Fuel and Waste）的狄葛斯特洛姆（Claes Thegerstroem）說：“我們不會說這是絕對安全的。如果我們這麼說，大家遲早會發現我們說的不是實話。但我們可以說，在所有選項中，這是最好的選擇，其他選項都沒有這個選項安全。”

      “燈塔”是一座俄羅斯用來處理核廢料的廢棄物處理中心。

       走進“燈塔”核廢料處理中心--網頁+連貫的圖照數十張--

                http://article.yeeyan.org/view/186936/197575