作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2015/1/7 10:37:09
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日本福岛核电站面临废水处理隐患

 

这个系统可去除福岛核电站污染水中的核素,但无法去除水中的氚。图片来源:EPA ORLANDO

笨重的水箱像灰色的蘑菇一样,在日本福岛第一核电站此起彼伏。近1000个10米高的钢铁容器中装着56万余吨放射水,它们是由渗入毁坏的反应堆建筑中的地下水积累而成并被抽出。该核电站的运营者东京电力公司(TEPCO)表示,公司目前已去除了储藏水中的大部分放射性核素,但无法去除其中的氚。因此,目前公司仍不敢把污染水排入太平洋。“这些被污染的水是我们需要解决的最紧迫的问题。”该核电站经理Akira Ono说。

不过,解决方法已隐隐在望。一家美国公司表示已研究出一种催化过程,大体上可把福岛核电站所有的氚集中到体积仅有5立方米的水中,其花费是10亿美元。该公司是获得日本政府拨款且有望实现除氚技术的3家公司之一。它需要在2016年3月前证明,其技术可以应对福岛核电站的挑战。

2011年3月11日,地震和海啸导致福岛核电站6个核反应堆中的3个反应堆被熔解。时隔4年后,TEPCO仍处于为期40年、耗资800亿美元的核电站退役任务的早期阶段。2014年11月,该公司清除了4号机组储藏的最后一批1331个使用过的核燃料棒,从而为拆除该机组扫清了道路。接下来,该公司需要找回受损的核燃料。

TEPCO认为,3个被破坏的反应堆中,有一个反应堆的燃料碎片可能通过反应容器熔入了混凝土安全壳厂房中。但“我们并不确切地知道那些燃料棒在哪里”,Ono说。强放射风险使检查员无法接近发生熔化的震中区域,遥控设备最终或可用于检查并清除被破坏的核燃料。

同时,全体机组人员必须连续不断地让水在反应堆建筑中循环以冷却燃料,并获取每天渗入的300吨地下水。经过一年多努力,他们可以用过滤器和吸附器构成的系统缓慢地净化储藏水。Ono表示,现在已确定去除了62种放射性核素。

但去除氚面临着严峻挑战。氚是氢原子的一种同位素,可置换水中的氢原子,并直接穿过过滤器和吸附器。由于只能发出低能量的β粒子,氚的放射性风险较小。加利福尼亚大学旧金山分校放射健康专家James Seward表示,来自海洋的排放物只会有“非常有限的人类健康隐患”。

但政治风险是另外一个问题。日本法律规定,核电厂可向环境中排放的氚的浓度上限为每升6万贝克勒尔。事实上,作为常规运行的一部分,全球几乎所有核电站都会向环境中释放氚。但它们通常不会一次性处理大量氚。东京海洋科技大学生物地球化学海洋学家Jota Kanda表示,即便是逐渐排放福岛核电站的氚饱和水也有可能遭到渔民反对,他们会“担心消费者不相信”打捞自日本东北海岸海产品的安全性。

Kanda表示,从氚饱和水中分离氚的现有技术“极具挑战性、成本高昂,而且极耗时间”。2013年12月,日本经济产业省的一份咨询委员会报告称,目前没有任何一项技术适用于福岛核电站。2014年8月,该省给3家公司拨款840万美元,用于研究有前途的替代方案。在其中一个公司退出后,该机构正在招募替代者;第二家公司、俄联邦国家单一制企业(FSUE)莫斯科放射性废物管理企业未对此给予回应;而第三家公司——加利福尼亚州的Kurion公司则向媒体介绍了它的项目。

Kurion公司对一个叫作联合电解催化置换的过程作了改进。它一开始会把污染的水分子电解成气态氧与氢和氚的混合气体。当污水自上而下被陆续注入时,这种氢混合气体会流入盛着铂催化剂的塔中。随后,催化物会触发置换。在此过程中,水中的一个氢原子会与气体中的一个氚原子替换位置。然后,清洁的氢会涌向塔的上方,而含有密度更高的氚的水会在塔底聚集。

该过程类似于一些核反应堆从重水中净化污染氚的方法。但Kurion公司首席技术官Ga?觕tan Bonhomme表示,该公司已经优化了塔的设计,这样可一次把进入电解槽中的氚挤压至25%的原体积水中。然后通过反复循环水,进一步集聚氚。

等2016年年初该项目结束后,经济产业省和TEPCO将决定下一步的行动。富山大学氢同位素研究中心主任Masao Matsuyama说,最终如何处理这些氚“要看TEPCO和政治家的决定”。(冯丽妃)

《中国科学报》 (2015-01-07 第3版 国际)
 
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