一股施工熱潮在Hanford站點掀起，該站點曾經(jīng)是一個在華盛頓州東南部當(dāng)風(fēng)的平原上的秘密建筑。施工隊努力在六月前完成一個27米高的混凝土結(jié)構(gòu)。如果一切順利的話，這個設(shè)施將最終使美國能源部（DOE）能夠開始處理當(dāng)?shù)貜牡诙问澜绱髴?zhàn)期間開始累積40多年的有毒放射性廢料。

幾十年來生產(chǎn)核武器所產(chǎn)生的廢料被埋在華盛頓州的Hanford站點。

Karen Kasmauski/NGC

雖然Hanford幾十年前就停止生產(chǎn)核武器所需的钚，但其活動所產(chǎn)生的后續(xù)影響仍然在造成麻煩。就在今年，一條停著滿載放射性物質(zhì)的鐵路車廂的隧道坍塌了。另據(jù)報道，至少有十幾名拆除受污染建筑物的員工在钚吸入的檢測中顯示陽性結(jié)果。但該站點最大的挑戰(zhàn)在于地下那177個碳鋼罐。這些被埋藏的容器總共容納2億多升高度危險的液體和花生醬狀的污泥——足以填滿80個奧運會規(guī)格的游泳池。超過三分之一的儲罐已經(jīng)泄漏，其中的放射性和化學(xué)廢料正在污染地下水。

1989年，華盛頓州和美國環(huán)境保護(hù)局達(dá)成一項法律協(xié)議，美國能源部承諾通過玻璃化過程將最危險的廢料固定于堅固的玻璃柱中。幾年后，該機構(gòu)同意玻璃化其他儲罐中的廢料?？偠灾?，這個過程預(yù)計會產(chǎn)生成千上萬的玻璃柱，每個重達(dá)數(shù)噸。那些含有高濃度放射性廢料的將被運往一個永久性倉庫; 其余的可以存放在現(xiàn)場。但是成本超支，延誤和安全問題不斷阻撓計劃的進(jìn)行。盡管美國能源部自1997年以來在廢料罐問題上花費了大約200億美元，但仍沒有任何廢料實現(xiàn)玻璃化。

四年前，能源部重啟該項目。它不再只是建造一座玻璃化工廠，而是將項目分成兩部分。一座工廠——目前正在施工中——將開始玻璃化罐體內(nèi)危險性較低的“低活性”液體。一旦研究人員解決了一些棘手的安全問題，一個更大，更復(fù)雜的工廠將會處理高危險性的污泥。

在兩條戰(zhàn)線上，都有進(jìn)展的跡象。美國能源部報告說，今年已經(jīng)解決了與處理高危險性廢料有關(guān)的重要問題。實時分析低危險性廢料所需的實驗室也即將完成。如果工作按計劃繼續(xù)進(jìn)行的話，那么最早在2022年，該站點就可以制成第一批玻璃柱。

玻璃化的玻璃樣品。

美國能源部/河流保護(hù)局

Hanford的批評者已習(xí)慣于美國能源部延期的作風(fēng)和管理上的丑聞，因而對此表示懷疑。但即使是華盛頓州的官員（在清理目標(biāo)和截止日期等方面與美國能源部對簿公堂近三十年）也認(rèn)為這一次能夠順利進(jìn)行。為華盛頓生態(tài)學(xué)部門監(jiān)視廢料罐活動的Suzanne Dahl說：“我們有理由持樂觀態(tài)度。”

自20世紀(jì)50年代以來，科學(xué)家們就一直在研究玻璃化技術(shù)，一些國家已經(jīng)使用這個工藝來穩(wěn)定核廢料，包括法國，印度，俄羅斯和英國。在南卡羅來納州，美國能源部的Savannah River站的廢料也被玻璃化，但是Hanford問題的規(guī)模和復(fù)雜程度遠(yuǎn)超過前者。

第二次世界大戰(zhàn)期間，作為“曼哈頓計劃”的一部分，Hanford工廠提供了第一次核武器試驗和1945年在日本長崎投下的原子彈所使用的钚。后來它繼續(xù)為美國核武器庫生產(chǎn)大量钚。華盛頓特區(qū)美國天主教大學(xué)的物理學(xué)家Ian Pegg說：“Hanford是核發(fā)展的全部歷史。”他和美國能源部正在合作進(jìn)行玻璃化實驗。

有毒釀造

現(xiàn)場使用的不斷變化的技術(shù)產(chǎn)生了獨特的有毒釀造物，包括放射性銫、鍶、镅和殘余的钚、 鹽、重金屬；以及無數(shù)的工業(yè)化學(xué)品。容器中還有一些意想不到的東西。人們“把所有可以想象到的東西都扔進(jìn)那些廢料罐”，美國能源部在華盛頓Richland的玻璃科學(xué)家Albert Kruger說。他的清單上有受污染的手套、木板、巖石和卷尺。

一旦這些雜物被去除，廢料就與含有硅和硼的成分混合，然后加熱到接近1,150°C。接下來將熔融的混合物在不銹鋼容器中冷卻，以制造大的硼硅酸鹽玻璃柱——這與能安全用于烤箱的玻璃器皿是相同的材料。

這個過程很復(fù)雜，因為每個罐子都含有化學(xué)物質(zhì)和放射性核素的混合物，且這些混合物在廢料被提取出來后才能被充分表征。其中一些物質(zhì)會弱化玻璃。另一些，比如碘，則很難被立即捕獲從而必須被清除。Hanford的科學(xué)家們將不得不為每一批垃圾量身定制玻璃——有點像混合不同年份的葡萄以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)白蘭地。Kruger說：“沒有人會聞其味，也沒有人會嘗其鮮，但這是一個相同的機制?！?/p>

自1989年以來，多個承包商參與了Hanford項目，其中包括英國政府名下的英國核燃料有限公司（British Nuclear Fuels Limited），該公司出口了在Sellafield核廢棄綜合設(shè)施中使用的技術(shù)。價格上漲之后，美國能源部于2000年聘請了加州舊金山的建筑和工程巨頭Bechtel公司作為主要承包商。

那時，Hanford工廠預(yù)計耗資43億美元，并于2007年開始制造玻璃柱。但隨著工程師們開始研究安全和技術(shù)細(xì)節(jié)，該項目的價格和復(fù)雜程度都大增。到2012年，幾名高級官員引起了人們對項目的顧慮，這些官員中包括一名前能源部員工和兩名承包商（他們在被解雇后檢舉揭發(fā)內(nèi)幕）。一個顧慮是熱量和輻射分解水分子時產(chǎn)生的氫氣可能會積聚在儲罐和管道中，造成爆炸的危險。另一個是，保持重質(zhì)粒子移動的混合容器不夠強大。隨著時間的推移，足夠的殘余钚可能沉淀出來，形成危險的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

時任美國能源部部長的朱棣文組建了一個專家小組進(jìn)行調(diào)查。最終，Bechtel公司被命令首先建造一個只能使液體廢料玻璃化的工廠。這些液體占廢料量的90％，但其放射性只占10％，比高放射性廢料所需要的處理更少：先進(jìn)行挑揀，除去高放射性的銫，然后直接送去玻璃化。田納西州范德堡大學(xué)的化學(xué)工程師David Kosson曾是朱棣文的專家小組成員之一，他說，“這是有道理的。如果你一定要開工的話，低活性廢料是一個合適的切入點?！?/p>

遺留問題

雖然高放射性的廢料處理設(shè)施依然被擱置，但能源部及其承包商花費了數(shù)年的時間，利用計算機模型和原型來研究技術(shù)問題。二月份，該機構(gòu)宣布已經(jīng)解決了氫氣積聚和失控反應(yīng)的問題。熟悉這項工作的科學(xué)家說，一個新設(shè)計的混合容器的測試即將完成，未出現(xiàn)任何重大的故障。該容器配備六個“脈沖式噴射混合器”，可以像滴油管一樣將廢物排進(jìn)排出，以防止固體沉淀。

研究人員也在玻璃譜上取得進(jìn)展。Kruger和外部科學(xué)家已經(jīng)表明，某些成分可以容納的廢物比以前估計的更多，因此可以節(jié)省成本。Kruger說，高放射性廢料處理設(shè)施生產(chǎn)的玻璃柱數(shù)量可能會從18000個減少到7000個。低級別的工廠可能僅需要制造7萬根左右的柱子，而不是14.5萬根。

但問題依然存在。一份美國能源部在2015年的報告記錄了500多個可能影響低級別工廠運行的漏洞 — 包括一些用于處理放射性材料的電氣和機械系統(tǒng)。監(jiān)督團(tuán)體Hanford Challenge的執(zhí)行董事Tom Carpenter希望這個工廠能夠像宣傳所說的一樣工作。但他擔(dān)心美國能源部，其承包商，甚至華盛頓州都迫不及待地要啟動這個設(shè)施。他說：“每個人都迫不及待地想要展示進(jìn)展。我明白這一點，但是你們不能掩蓋安全問題?！?Hanford的能源部高級官員拒絕接受采訪。Bechtel公司的一位發(fā)言人說，該公司已經(jīng)調(diào)查了報告中提到的絕大多數(shù)問題，并且已經(jīng)向美國能源部提交了答復(fù)以待批準(zhǔn)。

不是每個人都相信必須用玻璃化的方法。美國能源部因為受到法律協(xié)議和核廢物管理法規(guī)的約束才采用這個方法，但從技術(shù)角度來看，還有更好的選擇，Jim Conca說。他是一個獨立研究中心的顧問兼前主任，該中心支持位于新墨西哥州Carlsbad外的廢物隔離試點工廠（WIPP ）。該工廠是美國唯一運作的高放廢物地質(zhì)處理庫。

目前，Hanford的高放射性廢料存放在內(nèi)華達(dá)州Yucca山一個長期停滯的地質(zhì)處置庫等待處理。那里的水滲透是一個問題，所以廢物必須裝在玻璃里，以確保它在數(shù)千年內(nèi)保持穩(wěn)定。但是Conca說罐式污泥是足夠安全的，可以在干燥后直接送到WIPP — 如果可以改變法規(guī)使得該方案允許被實施。同樣，低活性的廢料可以混合灌漿來制造類似混凝土的材料，這種材料更加便宜，而且許多人相信和玻璃一樣安全?！盀榱谁h(huán)境安全，所有這些廢料在技術(shù)上都需要進(jìn)行玻璃化嗎？可能并不是?！盞osson說。但Kosson認(rèn)為美國能源部最終還是會推動這個計劃。

朱棣文依然相信玻璃化是可行的，但他表示，能源部應(yīng)該接受新科學(xué)，并根據(jù)需要轉(zhuǎn)變進(jìn)程。他說，更普遍的是，要解決有關(guān)如何處理所有核廢料的問題，以及在哪里處理這些問題，美國還有很長的路要走。他說：“這是一個重大問題，要想找到一條更好的道路，必須有很多好的科學(xué)，且要始終保持開放?！?/p>