如何存放核廢料?研究:不鏽鋼桶或許非最佳選擇

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 04 日 14:15 | 分類 核能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


核廢料依照輻射量可分為高、中、低 3 種,雖然各國處理與方法不盡相同,但都會遵照嚴格程序謹慎處理,避免危及人類和環境,不過現在科學家發現,目前常用的不鏽鋼密封桶或許不是存放核廢料的首選,在材料的交互作用下,不鏽鋼的降解速度超乎預期。

用過核燃料是指經受過放射線照射、使用過的核燃料,這些燃料無法繼續維持核反應,但依然含有大量的放射性元素,因此如何處理核廢料皆是各國十分頭疼的問題。

用過核燃料剛從反應器退出時,由於含有較高的餘熱與放射性,故第一階段先採水池濕式貯存,待冷卻一段時間後,第二階段再移到戶外的乾式貯存設施繼續貯存,以空氣自然對流冷卻方式排除餘熱,不需要冷卻水循環動力,也可解決燃料池塞不下、避免水侵蝕金屬密封等問題,待 40 年後再進入最後階段,回收處理鈾與鈽等可利用的物質,或建造最終處置場,永久處置用過核燃料。

其中不管是乾式貯存還是最終的再處理、最終處置,為降低戶外環境輻射量,不鏽鋼都是層層防護的重點, 像是乾式貯存就有不鏽鋼密封鋼桶(TSC)、鋼板與鋼筋混凝土製成的混凝土護箱(VCC)、外加屏蔽(AOS)多層防護;再處理過程中,放射性核廢料融在固體玻璃、或是陶瓷後,也會裝在不銹鋼桶內。

只不過最近美國俄亥俄州立大學(Ohio State University,OSU)科學家也發現,看似相當穩定、堅不可摧的不鏽鋼密封鋼桶在某些狀況下,好像也不是那麼可靠。

根據 OSU 發表在《 Nature Materials》的研究,科學家模擬尚處在停擺狀態的美國尤卡山核廢料處置庫環境,將陶瓷、玻璃緊密貼合不鏽鋼並浸泡在溶液中 30 天,發現由於化學溶液變化與密閉空間的酸鹼變化,以及材料的交互作用,不管是不鏽鋼與玻璃化核廢料的接面,還是不鏽鋼與陶瓷化核廢料的接面,皆有出現局部的腐蝕。

科學家發現,當玻璃和陶瓷置於溶液時,它們會與不銹鋼發生交互作用,進而加速腐蝕速度,尤其是玻璃化與陶瓷化的核廢料,OSU 材料科學工程的研究助理工程師 Xiaolei Guo 表示,它們反而創造一種具超級腐蝕性的環境,開始破壞周圍的材料。

因此不鏽鋼出現局部且嚴重的腐蝕,玻璃也有出現裂紋與腐蝕情形,科學家認為,這可能是因為鐵與矽的親和力高,偏偏不鏽鋼是由鐵、鎳和鉻製成,矽則是玻璃的關鍵元素。Xiaolei 指出,現有模式或許無法安全地保存核廢料,可能還要尋找新的方案。

(首圖來源:OSU