▲ 托卡马克是一个通过磁约束来实现受控核聚变的环形容器，也是为核聚变发电站设计的实验装置
尽管有人曾预言，世界最终将因核战争而毁灭，但在现实生活中，核能正发挥着越来越重要的作用。然而，和其他工业一样，核电站也会产生废料，即放射性废料。我们应当妥善地处理放射性废料，以避免有害辐射泄漏到环境中。
什么是核电站？
▲ 核电站发电流程示意图
全世界大约 10% 的电力来自核电站。这些核电站的核心便是核反应堆，可以进行并控制一系列核裂变事件。核裂变是一个将大质量原子核分裂成较小原子核并释放能量的过程。原子核不断分裂成更小“碎片”的过程 —— 称为裂变链式反应 —— 会产生大量的热，可以将水煮沸产生水蒸气，进而推动涡轮叶片产生电力。除了核裂变，还有另一种能释放巨大能量的核反应 —— 核聚变，即小质量的两个原子核聚合形成一个较大的原子核，在这一过程中释放能量。目前，科学家们正在努力研究如何控制核聚变，但仍有相当长的路要走。
什么是核废料？
任何利用放射性物质的活动都会产生放射性废料，因此，核电站产生废料并不奇怪。不过，相比燃煤电厂产生的废料，核电站产生的废料体量要小得多。核废料可按物理状态分为固体、液体和气体三种；按照放射性水平，核废料又可分为低水平（低放）、中水平（中放）和高水平（高放）三类。通常而言，核废料指的是高放废料，即反应堆中使用后的核燃料，又称乏燃料；中、低放废料则来源于核电站使用过的废弃退役的仪器设备，以及核燃料生产加工中产生的废料等。
▲ 核裂变链式反应会产生多种产物
在核电站中，核燃料每 12 到 18 个月更换一次，以保持反应堆的高效性能。这些乏燃料具有很高的放射性，温度也很高。乏燃料产生的高放废料只占放射性废料总量的 3%，却具有放射性总量的 95%。相反，低放废料占地球上放射性废料的 90%，但只含有放射性总量的 1%。核电站中使用的工作服和工具甚至也被认为是低放废料。
核燃料中未裂变的原子，以及核裂变的产物，如新生成较小的原子核，构成了大部分的放射性核废料。核裂变产物通常包含元素周期表中的元素，如氪和铯，以及铁、锌等元素的同位素。用过的反应堆燃料是固体形式的，看起来几乎与新燃料相同，都是包裹在金属管中的固体颗粒。尽管表面上看起来差不多，但二者的乏燃料含量却不尽相同。
核废料去了哪里？
放射性废料不能像其他废料一样倾倒在垃圾填埋场。储存核废料是一项危险的工作，需要非常周密的计划。这些废料具有很高的放射性，可能对生态系统构成严重的威胁，因此成为许多人关注和担忧的问题。与其他会产生长期危险的工业废料（比如镉和汞等重金属）不同，核废料的毒性会随着时间的推移而降低。只有约 3% 的核废料是长寿命且高放射性的，因此需要数千年的隔绝处理。
▲ 低放射性水平核废料的处理
大多数中低放废料会被压缩并固化装桶，然后送到浅地层的处置库安全贮存。还有一些中低放射性的废料、废液会通过工厂的多道工序进行处理，使其达到规定的排放标准，然后排放掉或循环重复利用。
这种处理造成的辐射只影响现有自然本底辐射的一小部分。核电站和再处理工厂也会向大气中释放少量的惰性气体氪-85、氙-133 和微量碘-131。在任何生命周期的分析中，它们的影响都极其微小。
相比之下，处理乏燃料（高放废料）可能就非常棘手了。当乏燃料从反应堆中取出时，其温度和放射性都很高。因此，乏燃料需要被保存在水下 5 到 8 年，直到辐射减弱到可以在没有水的情况下冷却。通过这一过程，对废料的回收和处理就更加容易。
冷却后，这些废料要么被回收，要么被转移到一个干燥的桶中，桶的外部是混凝土或装有惰性气体的多用途罐。这些桶在设计上都可以长期使用，并且足够安全，甚至你都可以走近触摸。法国、日本、英国等国家采取后处理方式来回收乏燃料，高放废料中的裂变产物如铯-137、锶-90 等，也可用回收用于工业和医疗应用，包括血液辐照、食品保鲜和污水处理等。不过，这种方式的缺点是难度大、费用较高，同时因可生产出高纯度的钚，有核扩散风险。
通过回收乏燃料来重新利用这些有价值的同位素，使得放射性废料更像是一种资源而不是负担。另一种处理核废料的方式是直接处置，以加拿大、德国、芬兰、瑞典为代表的国家主要采用这种方式。在这种方案中，废弃核燃料会先在反应堆冷却池中冷却一段时间，然后转移到临时存储厂，在至少存放 50 年后，经过固化、封装等处理过程，最后进行地质深埋。一旦封装好的废料桶被固定住，一层层的岩石和黏土就会将它们密封在适当的位置。这种处理方式可以固定放射性元素并将它们与大气隔绝。
有什么办法可以防止核电站产生废料？
▲ 乏燃料池
如前所述，核能有两种来源 —— 核裂变和核聚变。目前世界上所有的核电站都使用核裂变发电。核裂变会产生不稳定的原子核，这些原子核在数千年里都保持着放射性。相比之下，核聚变不会产生任何放射性废料，而是会产生氦 —— 一种对生命无害的惰性气体。如果能实现核聚变发电，就将大大减少放射性废料的形成。
然而，利用核聚变发电的技术仍处于初级阶段。核聚变反应堆的原型预计将在 2040 年投入使用。或许到本世纪的下半叶，核聚变发电才会迎来最激动人心的突破。
