日本福島的困境:如何處理100萬噸放射性廢水?
2020年11月30日09:56
福島核電站位於太平洋沿岸,此次核泄漏始於2011年3月發生的9級地震海嘯,導致核電站關鍵的控制設備被海水淹沒,並引發該核電站徹底崩潰。
福島核電站位於太平洋沿岸,此次核泄漏始於2011年3月發生的9級地震海嘯,導致核電站關鍵的控制設備被海水淹沒,並引發該核電站徹底崩潰。

  新浪科技訊 北京時間11月30日消息,據國外媒體報導,2011年3月,日本福島核電站發生嚴重核泄漏,隨後大家談核色變,“福島”就成了一個全球居民熟知的恐怖名詞。福島核電站位於太平洋沿岸,此次核泄漏始於2011年3月,當年的9級地震海嘯導致核電站關鍵的控制設備被海水淹沒,並引發該核電站徹底崩潰。近十年以來,福島核電站的工作人員一直使用水冷技術對核電站殘骸進行降溫處理。目前,直接管轄該核電站的東京電力公司(TEPCO)又面臨著新的窘境:如何處理放射性污水?

  每個反應堆都裝有鈾芯球,鈾本身就具有天然放射性,它會經曆一個裂變過程,鈾原子能以可預測的速度衰變或者分裂,釋放出中子和熱量。而在反應堆燃料中,鈾的裂變能力是“與生俱來”的,中子和其他鈾原子碰撞,並在連鎖反應中將它們分裂,產生的熱量用於燒水,從而驅動蒸汽渦輪機發電。核反應堆通過在燃料棒周圍放置吸收額外中子的“控制棒”來控制裂變率,為了保持燃料冷卻,避免過熱和熔燬,燃料將浸泡在水中。2011年3月的9級地震海嘯發生之前,福島6座反應堆中有3座已投入使用,並實現正常發電。

  地震發生時,福島核電站反應堆經受住了地震破壞力,控制設備卻受損失去了動力。隨後巨大的海嘯迎面而來,淹沒了核電站關鍵的操作設備,冷卻系統也停止工作,並引發熔燬。雖然工作人員最終控制了熔燬,但他們不得不將水注入核電站損壞的建築物中。冒煙的地方冷卻了近10年的時間,所以現在核電站儲存大量放射性廢水,卻無法進行安全處理。

  英屬哥倫比亞Victoria大學海洋化學家、海洋學家傑伊·卡倫或許能幫助人們解開這個沿海核汙染難題。

  福島為什麼會有放射性積水?

  當核反應堆受損時,核電站自動關閉和保護系統失效,冷卻系統也停止正常運行。此時裂變加速,直到燃料溫度高到足以液化,燃料棒開始熔化。工作人員奮力將海水直接泵入受損的反應堆和暴露的燃料,從而導致高放射性水在核電站建築殘骸中積聚,並逐漸滲入核電站周圍的地下水。卡倫說:“這個過程自2011年以來一直在繼續,燃料仍處於高溫,需要持續冷卻。”

  雖然部分水可以在冷卻熱反應堆時重複使用,但一部分水在接觸反應堆後必須要儲存起來。庫倫說:“東京電力公司將核電站大部分區域用作儲存區,並建造了水箱儲存放射性水,因為真的別無選擇。”然而到2020年,水箱中的放射性水已超過100萬噸,到2022年,福島核電站將沒有空間安裝新水箱,而受汙染的放射性水將持續增多。

  關於儲存水的放射性輻射,我們知道什麼?

  庫倫解釋稱,當核電站燃料時,會以可預測的方式產生放射性元素,因此東京電力公司對這裏產生的放射性元素非常清楚。該公司指出,福島核電站廢水中可能有多達62種不同的放射性元素,但對外僅公佈了部分放射性元素,例如:銫-137和鍶-90。

  東京電力公司曾在2018年表示,儘管經過多次“清理步驟”,這些儲存罐中的放射水仍超過了安全限製。然而該公司一直對存儲水的全部放射性元素清單含糊其辭。

  如何處理或者清潔廢水?

  通常工作人員通過樹脂珠過濾存儲廢水,樹脂珠帶有電荷,可以吸引放射性同位素,其中包括:銫和鍶在內的放射性同位素。這些樹脂珠隨後被作為標準的放射性廢物儲存起來。

  大部分廢水還要進一步處理,其中涉及一個先進的ALPS液體處理系統,它可以將帶電粒子從水中剝離出來。但ALPS系統無法將水中所有放射性雜質都清理干將,它會在水中殘留一種叫做氚的氫同位素。目前研究人員還不知道氚是否對生命有害,儘管大劑量氚對人體的影響未經過測試。

  放射性廢水的處理方案是什麼?為什麼日本要考慮排放到海洋?

  事實上,放射性廢水處理可選擇的方式非常有限。由於劑量決定毒性,任何處理方案都必須儘可能稀釋放射性水。一支尋找解決方案的專家小組將目光聚焦於兩種可能的選擇:將放射性廢水蒸發並從一個高煙囪釋放至大氣;或者將它們傾倒在海水。

  2020年,專家小組建議日本政府將核電站廢水傾倒在海洋中,並認為這是一種更可行的處理方案。同時,負責核電站監測的聯合國原子能機構也認為該方案是可行的。東京電力公司表示,如果該方案獲批,水箱中的放射性廢水將在幾十年內非常緩慢地排入福島附近海域。卡倫指出,放射性廢水不傾倒將存在風險,在核電站原址儲存,很可能會出現另一次自然災難或者人為失誤的失控釋放,這將帶來毀滅性的災難。

  哪個機構負責監督放射性廢水排放?

  聯合國國際海事組織負責監管執行《倫敦議定書》(London Protocol),這是一項2006年達成的管理海洋廢物的協議,日本是該協議的簽署國之一。依據《倫敦議定書》,禁止所有國家向海洋傾倒核廢料。庫倫指出,目前還不清楚怎樣的法律條文可以允許傾倒核廢料,同時在核廢料傾倒之前、期間和之後的監測工作是至關重要的。

  如果放射性廢水傾倒海洋,會影響人類和海洋生物嗎?當前沒有任何方法來測試核電站放射性廢水進入海洋後對人類造成的深遠影響,預測唯一的方法是觀察之前放射性物質進入海洋後產生的威脅性,以及放射性同位素對人體構成的影響。

  同位素銫-137和鍶-90可能對人體有害,因為它們與營養物質鉀和鈣通過相同的方式進入細胞。生物體可以很容易地將放射性銫或者鍶吸收到體內,就好像它們是一種營養物質一樣,同時,這些同位素本身無毒,但是其衰變過程將產生毒性。卡倫說:“當這些同位素衰變時,將產生自由基,其中產生某些有害的氧分子形式,會攻擊重要分子,例如:細胞內DNA,這將導致DNA複製問題,潛在引發癌症等致命疾病。”

  銫具有生物放大作用,當它通過食物鏈時其濃度會不斷增大,並在頂端捕食者體內聚集。例如:一項研究發現,蘇格蘭海岸附近海豹體內碳同位素與英國塞拉菲爾德核廢料處理場釋放的物質有關。

  2011年,研究人員在日本海岸附近勘測數據表明,福島核事故中產生的放射性銫遍佈當地生態食物鏈,靠近海岸附近捕撈的海洋生物體內銫含量較高。自2015年第二季度以來,所有生物體內的銫含量都遠低於日本居民食用的安全上限,但不可否認的是這種同位素一直存在於福島核電站,能對人體構成一定傷害。

  向海洋傾倒放射性廢水所造成的危害尚不清楚,庫倫說:“只有知道儲存箱里到底有什麼,才能確定對公眾和環境產生的風險,而這一點,我們沒有做到。”

  民眾和其他國家對此有何反應?

  日本鄰近國家對此表示擔憂,例如:韓國現已禁止從福島進口海鮮食物。反對向海洋傾倒放射性廢水的一個關鍵群體是福島當地漁民,庫倫說:“他們的漁業經營基本上都被這場災難摧毀了,在核泄漏之後,福島地區所有海產品出口都被叫停。近年以來,當地漁民逐漸地恢復了捕撈業,福島海產品的放射性元素含量遠低於安全消費水平,但如果在福島鄰近海域傾倒放射性廢水可能將完全破壞當地漁業生產。”

  目前,日本政府一直在研究分析,對2020年全部選擇方案進行評估,表示將盡快宣佈放射性廢水處理的最終決定。事實上,每個選擇方案都存在風險,但可以明確的是,漁民、鄰國和其他利益相關者只有知道廢水中含有多少放射性微粒和相關類型,才能做出全面完整的評估。(葉傾城)

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