随着美剧《切尔诺贝利》在全球爆火，核电站又一次走进了人们的视野。

目前社会，人们普遍谈核色变，对有放射性的物质都是避而远之，特别是核电站、核武器。但是在我们生活的周围，放射性却不仅仅来自核武器、核电站，其实它们对我们的日常生活影响非常小。我们应该更加关心的是核废料的处理问题——来自核电站、研究所、医院等废弃放射源的处理问题，这些才是我们经常忽略但是又极其恐怖的放射性物质。

今天小编带领大家认识一下核废料及其处理方法。

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定义及分类

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核废料（ waste ）泛指在核燃料生产、加工和核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料。也专指核反应堆用过的乏燃料，经后处理回收钚239等可利用的核材料后，余下的不再需要的并具有放射性的废料。

核废料按物理状态可以分为固体、液体和气体3种；核废料按放射性活度及危害大小，分为高、中、低三种。我国对放射性固体废物实行分类处置，即中低放固体废物实行区域近地表处置，而高放固体废物与α放射性固体废物实行集中的深层地质处置。根据世界核学会的数据，核废料中97%是中低放废物，只有3%是高放废物。

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核废料处理形式

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高放射性核废料主要包括核燃料在发电后产生的乏燃料及其处理物。

中低放射性核废料一般包括核电站的污染设备、检测设备、运行时的水化系统、交换树脂、废水废液和手套等用品。

中低放射性核废料危害较低；高放射性核废料则含有多种对人体危害极大的高放射性元素，例如只需10毫克钚就能致人毙命，因此各种核废料处置方法是不一样的。

中国对中低放射性核废料的处理，按国家标准和国际原子能机构的要求处理，不论是固体核废料还是液体核废料，都要进行固化处理，然后装在200升的不锈钢桶里，放在浅地层的处置库里。

国际上对高放射核废料有两种处理方式，一种是直接把乏燃料当核废料，经过处理装在大罐子里直接埋到很深的地层下，像美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚等幅员辽阔的国家目前都是这样做的。还有一种是将装有核废料的金属罐投入选定海域4000米以下的海底。中国对高放射废物的处理方式是，先把乏燃料送到处置场进行玻璃固化，之后再放到至少500米深的地层内埋掉。

将核废料埋在永久性处置库是目前国际公认为最安全的核废料处置方式。不过，在西方社会，由于环保人士的强烈反对，政府要找到一个不被反对的核废料永久存放地不是一件容易的事，因此更倾向在中低放射性核废料库中暂时存放，同时期待有更安全、更能被接受的处理技术和方案出现，再作最终处理。为了保证核废料得到安全处理，各国在投放时要接受国际监督。

（每个核电站的核废料临时存放库可存放电站运行10年产生的核废料）

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世界各国核废料处理概况

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美国是世界最大的核废料产生国，上百个核电站每年产生约2000吨核废料，其中高放射性的乏燃料分布在39 个州的131 个暂存地点。位于内华达州拉斯维加斯西北150 千米的尤卡山，将会成为美国第一个核废料处置场，该工程于1983 年启动，规划于2020 年左右开始运行，2133年关闭退役。可贮存吨高放废料。迄今为止，美国能源部已经花费了约60 亿美元来开发尤卡山核废料处置场，包括建造了一条8000 米长、穿越整个山区的U 形隧道（其中有些部分在地面下近300 米深）。美国能源部计划在尤卡山再花至少500 亿美元，用来建造几十条支隧道，把核废料封装在形如运油车油箱的钢制容器内送进地下储存隧道，在经过100年运营，储存满大约10 万吨核废料后，将隧道永远封闭。2010年3月3日，能源部正式向核管会提交申请，撤销其于2008年6月提交的尤卡山处置库建造许可证申请书。这意味着美国唯一的高放废物地质处置项目已经正式终止。

尤卡山核废料处置场

在德国，科技人员认定，下萨克森州的戈尔雷本、康拉德等地可作为核废料终存库。其地理状况十分理想，人口密度小，雨水少、蒸发量大，地壳较稳定，几百米地下有一个大盐层，可保证核废料库干燥环境。1995年开始存放第一批核废料，以后相继存放过7批。德国专家认为，到2030年德国还需建立一个核废料和30万立方米中低辐射核废料终存库，以存放预计产生的2.4万立方米高辐射核废料和30万立方米中低辐射核废料。目前德国多采用玻璃固化并装入金属容器后深埋的方法。高辐射核废料与玻璃熔化固化成半透明圆柱体，放入钢制容器中。中低辐射核废料在高湿炉中焚烧，把灰烬与水泥浇灌在桶状容器内。所有核废料最后用混凝土覆盖埋入地下。

加拿大目前的190万包核废料临时存放在22座核电站，采用混凝土罐包裹的方式。这些核废料的放射性将维持1万年以上。加拿大原子能公司、安大略电力公司以及其他有关公司自1978年以来在如何存放核废料上已经投入了8亿加元，原来的研究将重点放在如何将核废料安全存放在花岗岩中。较早期的研究结果表明，“加拿大盾牌”的花岗岩是唯一能够满足数千年安全存放放射性核废料的稳定岩石构造。加拿大政府环境部门也认为该方案是最安全的。

日本目前共有53 个用于发电的核反应堆，供应全日本三分之一的电力，每年核反应堆产生的乏燃料约为900 吨。日本的中低放射核废料主要存储在茨城县东海村和福井县的设施内。数十年来累计的核废物储存罐已经超过30 万个，每个容量约200 升。并且每年新增近1 万个核废料储存罐。为此日本政府每年要投入约570亿日元（约6 亿美元）。1993 年开始建设的青森县六所村核废料再处理工厂是专门负责对从日本全国核电站收集而来的乏燃料进行钚、铀等提取作业后，将所剩高放射性废液进行玻璃固化的专门工厂。该厂原计划2008年正式启用，但因接二连三地发生技术性故障而至今无法正常运行。

法国有59 个核电机组，核电占总发电量的77%。预计到2040 年将有5.0×103 m3的高放废物玻璃固化体和8.3×104 m3的超铀废物需要处置。法国国家放射性废物处置机构负责高放废物处置工作。采用深部地质处置技术路线，选择的围岩为黏土岩。选址工作始于20 世纪80年代，至目前已经确定Meuse/ 场址(黏土岩)，并于2004 年建成了地下实验室。法国于2010 年启动了地质处置库计划，即Cigeo地质处置工业中心计划。经过2013 年的公开论证之后，ANDRA 于2015 年提交处置库建库申请，预计2019 年获得处置库建造许可，2025年建成处置库。

芬兰从1978 开始高放废物地质处置研究，2015 年11 月12 日，芬兰政府向波西瓦公司（）发放建设许可证，允许该公司在奥尔基洛托附近的埃乌拉约基（）建设乏燃料最终处置库。这是全球迄今发放的首份乏燃料最终处置库建设许可证。这座处置库在2016 年下半年启动建设，2023 年投运，能够容纳6500 吨铀乏燃料。该处置库将于2120 年被回填密封。

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中国核废料处置库现状

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目前，中国已建有两座中低放射核废料处置库，并准备再建两座，但还没有一座高放射处置库。已建成的两座中低放射核废料处置库，分别位于甘肃玉门和广东大亚湾附近的北龙。甘肃玉门西北处置场位于原核工业404厂厂区内，该厂为我国最早的核工业基地之一。广东北龙处置场始建于1998年，于2000年建成，位于大鹏半岛排牙山东侧的一条低缓的小山梁上，距大亚湾核电站5千米，距岭澳核电站4千米。占地近21公顷，设计总处置容量为8万立方米，工程造价约8000万元。主要接收和处置广东省核电站产生的低中水平的放射性固体废物。这两个中低放处置场，占地20〜50万立方米不等，附近还要设置几十平方千米的安全屏障。西北处置厂位于地表之下，距离地表有10〜20 米；北龙处置场建于地表之上，形成一个方盒子样子的封闭处。这个封闭处土埋之后形成山包，上面进行了绿化。一个中低放处置场，一般需要与外界300〜500年的隔离期。据测算，现在建造一个中低放处置场，大约需要2亿元的资金。按照规划，除了已建好的华南、西北两处，还将在华东和西南建设两座区域性中低放废物处置库。

2005年上半年，国防科工委专门开了一个处置高放射物质研讨会，最后确定：中国将建设一座永久性高放射物质处置库，容量要能储存100至200年间全中国产生的核废料，在满了之后就永久地封掉。即至少100年之后，大陆才会出现第二座永久性高放物处置库。

根据中国核电发展规划，我国大约会在2015年至2020年左右，确定永久性高放射核废料处置库的库址。目前全国库址勘查共有六大片，即华东、华南、西南、内蒙、新疆、甘肃。

西北地区甘肃敦煌北山的条件非常优越，这里位于敦煌莫高窟东南约25千米，是一片与海南省面积相当的戈壁滩，人烟非常稀少，整个地区人口不到1.2万人，可以说除了沙砾和枯黄的骆驼草以外，寂寞得连回声都没有。北山经济发展较为落后，周围没有什么矿产资源，建设核废料库对经济发展影响较小。这里气候条件也很理想，全年降雨量只有70毫米。库址所在地有着完整的花岗岩体，而花岗岩是对付辐射的最好的“防护服”。国际原子能机构的专家们在北山进行考察之后称，北山是世界上最理想的核废料库址之一。

2011 年甘肃北山预选区被确定为我国高放废物地质处置库首选预选区，建立了系统的选址和场址评价方法技术体系，确定了内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料，建立了我国首台缓冲回填材料热-水-力-化学耦合条件下特性研究大型实验台架（China-Mock-Up），获得了一批关键放射性核素的迁移行为数据，开展了初步的安全评价等。

我国的高放射性核废料处置库计划在2030-2040 年建成，根据中国核电未来规模，中国高放射性核废料处置库将耗资数百亿人民币，容量足以容纳中国核工业未来100-200年产生的所有高放射性核废料。我国的处置库将把核废料永远地禁锢在地下深处。

2014 年7月18 日，甘肃北山场址评价钻孔开工

参考文献

[1]翟江龙. 核废料处置的法律制度研究.南昌大学,2018.

[2]佚名.地球安全罩——核废料处置库.城市与减灾,2015(01):46-50.

[3]郑金栋.浅谈核废料处置库围岩.河南科技,2013(15):64.

核废料桶里有什么 可贮存核废料的陶瓷

一、陶瓷材料在核废料贮存中的优势

1. 化学稳定性：陶瓷材料通常具有优异的化学稳定性，能够抵抗各种化学物质的侵蚀，包括核废料中可能存在的腐蚀性物质。

2. 辐照稳定性：陶瓷材料能够承受高剂量的辐射而不发生显著的性能退化，这对于长期安全储存核废料至关重要。

3. 耐久性：陶瓷材料具有较高的硬度和耐磨性，能够在恶劣的环境下长期保持其物理和化学性能。

4. 密封性：陶瓷固化后的核废料具有良好的密封性，能够有效隔离辐射和外部物质，降低核辐射的危害。

二、可贮存核废料的陶瓷材料实现辐射隔离机制

1、物理屏障作用

1. 致密结构：陶瓷材料经过高温烧结后，其结构变得非常致密，几乎无孔隙或裂缝，这有效阻止了放射性物质通过物理途径（如气体渗透、液体泄漏）向外扩散。

2. 高硬度与耐磨性：陶瓷材料的高硬度和耐磨性意味着它们能够抵抗外部物理冲击和磨损，保持结构的完整性，从而防止辐射从表面泄漏。

2、化学稳定性

1. 耐腐蚀：陶瓷材料对多种化学物质具有优异的耐腐蚀性，这包括核废料中可能存在的腐蚀性物质。这种稳定性确保了陶瓷容器在长时间内不会因化学反应而受损，从而保持了其辐射隔离的能力。

2. 化学固定：在陶瓷固化过程中，放射性核素被掺入到陶瓷的基体结构中，形成稳定的化学键。这些化学键牢固地将放射性核素固定在陶瓷内部，防止其通过化学途径（如溶解、离子交换）向外释放。

3、辐射防护性能

1. 耐辐照：陶瓷材料能够承受高剂量的辐射而不发生显著的性能退化。这种耐辐照性能确保了陶瓷容器在长时间内能够持续有效地隔离辐射。

2. 屏蔽效应：某些特殊类型的陶瓷材料（如铀金属陶瓷）具有较高的氧含量和密度，这使得它们具有更好的辐射屏蔽性能。这些材料可以有效地吸收和散射辐射粒子，从而降低外部环境的辐射水平。

4、工艺保证

1. 多层结构：为了提高辐射隔离效果，陶瓷容器可以采用多层结构。例如，嵌入钢的DUO2金属颗粒陶瓷制成的储存桶，陶瓷层填充在钢层之间，形成多层防护屏障。

2. 严格的质量控制：在陶瓷固化过程中，需要进行严格的质量控制。包括原料的筛选、混合比例的精确控制、烧结温度的精确设定以及成品的全面检测等。这些措施确保了陶瓷容器的质量和辐射隔离效果。

三、可贮存核废料的陶瓷类型

1. 玻璃陶瓷复合材料

特点：具有更好、更安全地储存核废料的所有特性。这种新型复合材料耐腐蚀，可以制造比现有工业标准更大的储存容器。

应用：有望安全、长期储存核废料，特别是高放废料。如果研究结果有效，可能会给核工业带来革命性的影响。

研究现状：萨斯喀彻温大学的研究人员已经发现了这种新型玻璃陶瓷复合材料的潜力，并在《腐蚀科学》杂志上进行了相关研究。

2. 碳化硅陶瓷

特点：具有优异的耐高温、耐腐蚀、耐辐射和耐磨损性能。这些特性使其成为核废料处理设备的理想选择。

应用：可用于制造废物罐、焚烧炉、分离设备等核废料处理设备。碳化硅陶瓷的耐腐蚀、耐磨损和耐辐射性能，使其能够承受核废料处理过程中的恶劣环境。

3. 氧化物陶瓷材料（如二氧化锆和氧化铝）

特点：这些陶瓷材料具有良好的耐热性、辐照稳定性和化学稳定性。

应用：被广泛应用于核反应堆中的燃料元件和燃料覆盖物，以及高放废料的固化和储存中。

4.纳米陶瓷

特点：具有烧绿石抗辐照结构，能够在高辐射环境下保持稳定性，并且具有较好的热稳定性、耐酸性和耐水蚀性。

研究：四川大学的研究团队通过湿化学法合成纳米粉体，并采用超高压烧结技术制备纳米陶瓷，对其抗辐照性能进行了深入研究。

应用前景：有望在核废料地质处置方面获得突破，具有明显的学术意义和潜在的应用价值。

注：纳米陶瓷

纳米陶瓷是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料，其研究在材料科学领域具有重要意义。

一、定义与结构

纳米陶瓷是指具有化学通式，且其结构单元中至少有一个维度在纳米级范围内的陶瓷材料。这种纳米陶瓷材料通常由纳米颗粒、纳米管、纳米棒或纳米级薄膜等微观结构单元组成，具有多样化的物理、化学和机械特性。

二、制备方法

1. 湿化学法：在接近核废料存储的液态环境中，通过湿化学法合成获得以为代表的纳米陶瓷粉体。这种方法能够精确控制原料的比例和反应条件，从而制备出高质量的纳米陶瓷粉体。

2. 溶胶-凝胶法：涉及二氧化硅和醇盐的受控水解和缩聚，产生纳米级颗粒，并通过凝胶化过程形成纳米多孔网络。该方法适用于制备具有复杂结构和多种性能的纳米陶瓷材料。

3. 高温固相反应法：将原料粉末进行充分混合后，在高温下进行热处理，使其发生固相反应形成结构的高熵陶瓷。这种方法制备的陶瓷材料具有较高的致密度和优异的物理性能。

4. 静电纺丝法：利用静电纺丝技术制备型高熵陶瓷纳米纤维，这种方法可以制备出具有特殊形貌和优异性能的纳米陶瓷材料。

三、性能特点

1. 优异的物理性能：如高强度、高硬度、高韧性、低导热系数等。这些性能使得纳米陶瓷在航空航天、军事、电子等领域具有广泛的应用前景。

2. 良好的化学稳定性：纳米陶瓷在酸碱环境下表现出良好的稳定性，不易被腐蚀和分解。这使得它在化学工业、环境工程等领域具有重要的应用价值。

3. 优异的热稳定性：纳米陶瓷在高温下仍能保持稳定的结构和性能，不易发生热分解和相变。这使得它在高温环境下的应用成为可能，如热障涂层、高温炉膛等。

4. 抗辐照性能：针对高放核废料地质处置需要，纳米陶瓷表现出优异的抗辐照性能。研究表明，纳米陶瓷在辐照条件下能够保持稳定的结构和性能，不易发生辐照损伤和相变。

四、应用领域

1. 核废料处置：作为核废料固化材料，纳米陶瓷能够有效包容和固化放射性核素，降低其对环境和人类健康的危害。

2. 航空航天：纳米陶瓷在航空航天领域的应用主要集中在热障涂层、发动机部件等方面。其优异的热稳定性和抗辐照性能使得它成为高温环境下的理想材料。

3. 电子工业：纳米陶瓷在电子工业中的应用包括制备高性能的电子元件、电容器等。其优异的介电性能和化学稳定性使得它成为电子工业中的重要材料。

4. 生物医学：纳米陶瓷在生物医学领域的应用包括制备生物活性陶瓷、药物载体等。其优异的生物相容性和可降解性使得它在生物医学领域具有广阔的应用前景。