日本福岛的困境:如何处理100万吨放射性废水?

来源:新浪科技2020-11-30 15:50:20

北京时间11月30日消息,据国外媒体报道,2011年3月,日本福岛核电站发生严重核泄漏,随后大家谈核色变,“福岛”就成了一个全球居民熟知的恐怖名词。福岛核电站位于太平洋沿岸,此次核泄漏始于2011年3月,当年的9级地震海啸导致核电站关键的控制设备被海水淹没,并引发该核电站彻底崩溃。近十年以来,福岛核电站的工作人员一直使用水冷技术对核电站残骸进行降温处理。目前,直接管辖该核电站的东京电力公司(TEPCO)又面临着新的窘境:如何处理放射性污水?

每个反应堆都装有铀芯球,铀本身就具有天然放射性,它会经历一个裂变过程,铀原子能以可预测的速度衰变或者分裂,释放出中子和热量。而在反应堆燃料中,铀的裂变能力是“与生俱来”的,中子和其他铀原子碰撞,并在连锁反应中将它们分裂,产生的热量用于烧水,从而驱动蒸汽涡轮机发电。核反应堆通过在燃料棒周围放置吸收额外中子的“控制棒”来控制裂变率,为了保持燃料冷却,避免过热和熔毁,燃料将浸泡在水中。2011年3月的9级地震海啸发生之前,福岛6座反应堆中有3座已投入使用,并实现正常发电。

地震发生时,福岛核电站反应堆经受住了地震破坏力,控制设备却受损失去了动力。随后巨大的海啸迎面而来,淹没了核电站关键的操作设备,冷却系统也停止工作,并引发熔毁。虽然工作人员最终控制了熔毁,但他们不得不将水注入核电站损坏的建筑物中。冒烟的地方冷却了近10年的时间,所以现在核电站储存大量放射性废水,却无法进行安全处理。

英属哥伦比亚维多利亚大学海洋化学家、海洋学家杰伊·卡伦或许能帮助人们解开这个沿海核污染难题。

  福岛为什么会有放射性积水?

当核反应堆受损时,核电站自动关闭和保护系统失效,冷却系统也停止正常运行。此时裂变加速,直到燃料温度高到足以液化,燃料棒开始熔化。工作人员奋力将海水直接泵入受损的反应堆和暴露的燃料,从而导致高放射性水在核电站建筑残骸中积聚,并逐渐渗入核电站周围的地下水。卡伦说:“这个过程自2011年以来一直在继续,燃料仍处于高温,需要持续冷却。”

虽然部分水可以在冷却热反应堆时重复使用,但一部分水在接触反应堆后必须要储存起来。库伦说:“东京电力公司将核电站大部分区域用作储存区,并建造了水箱储存放射性水,因为真的别无选择。”然而到2020年,水箱中的放射性水已超过100万吨,到2022年,福岛核电站将没有空间安装新水箱,而受污染的放射性水将持续增多。

  关于储存水的放射性辐射,我们知道什么?

库伦解释称,当核电站燃料时,会以可预测的方式产生放射性元素,因此东京电力公司对这里产生的放射性元素非常清楚。该公司指出,福岛核电站废水中可能有多达62种不同的放射性元素,但对外仅公布了部分放射性元素,例如:铯-137和锶-90。

东京电力公司曾在2018年表示,尽管经过多次“清理步骤”,这些储存罐中的放射水仍超过了安全限制。然而该公司一直对存储水的全部放射性元素清单含糊其辞。

  如何处理或者清洁废水?

通常工作人员通过树脂珠过滤存储废水,树脂珠带有电荷,可以吸引放射性同位素,其中包括:铯和锶在内的放射性同位素。这些树脂珠随后被作为标准的放射性废物储存起来。

大部分废水还要进一步处理,其中涉及一个先进的ALPS液体处理系统,它可以将带电粒子从水中剥离出来。但ALPS系统无法将水中所有放射性杂质都清理干将,它会在水中残留一种叫做氚的氢同位素。目前研究人员还不知道氚是否对生命有害,尽管大剂量氚对人体的影响未经过测试。

  放射性废水的处理方案是什么?为什么日本要考虑排放到海洋?

事实上,放射性废水处理可选择的方式非常有限。由于剂量决定毒性,任何处理方案都必须尽可能稀释放射性水。一支寻找解决方案的专家小组将目光聚焦于两种可能的选择:将放射性废水蒸发并从一个高烟囱释放至大气;或者将它们倾倒在海水。

2020年,专家小组建议日本政府将核电站废水倾倒在海洋中,并认为这是一种更可行的处理方案。同时,负责核电站监测的联合国原子能机构也认为该方案是可行的。东京电力公司表示,如果该方案获批,水箱中的放射性废水将在几十年内非常缓慢地排入福岛附近海域。卡伦指出,放射性废水不倾倒将存在风险,在核电站原址储存,很可能会出现另一次自然灾难或者人为失误的失控释放,这将带来毁灭性的灾难。

  哪个机构负责监督放射性废水排放?

联合国国际海事组织负责监管执行《伦敦议定书》(London Protocol),这是一项2006年达成的管理海洋废物的协议,日本是该协议的签署国之一。依据《伦敦议定书》,禁止所有国家向海洋倾倒核废料。库伦指出,目前还不清楚怎样的法律条文可以允许倾倒核废料,同时在核废料倾倒之前、期间和之后的监测工作是至关重要的。

如果放射性废水倾倒海洋,会影响人类和海洋生物吗?当前没有任何方法来测试核电站放射性废水进入海洋后对人类造成的深远影响,预测唯一的方法是观察之前放射性物质进入海洋后产生的威胁性,以及放射性同位素对人体构成的影响。

同位素铯-137和锶-90可能对人体有害,因为它们与营养物质钾和钙通过相同的方式进入细胞。生物体可以很容易地将放射性铯或者锶吸收到体内,就好像它们是一种营养物质一样,同时,这些同位素本身无毒,但是其衰变过程将产生毒性。卡伦说:“当这些同位素衰变时,将产生自由基,其中产生某些有害的氧分子形式,会攻击重要分子,例如:细胞内DNA,这将导致DNA复制问题,潜在引发癌症等致命疾病。”

铯具有生物放大作用,当它通过食物链时其浓度会不断增大,并在顶端捕食者体内聚集。例如:一项研究发现,苏格兰海岸附近海豹体内碳同位素与英国塞拉菲尔德核废料处理场释放的物质有关。

2011年,研究人员在日本海岸附近勘测数据表明,福岛核事故中产生的放射性铯遍布当地生态食物链,靠近海岸附近捕捞的海洋生物体内铯含量较高。自2015年第二季度以来,所有生物体内的铯含量都远低于日本居民食用的安全上限,但不可否认的是这种同位素一直存在于福岛核电站,能对人体构成一定伤害。

向海洋倾倒放射性废水所造成的危害尚不清楚,库伦说:“只有知道储存箱里到底有什么,才能确定对公众和环境产生的风险,而这一点,我们没有做到。”

  民众和其他国家对此有何反应?

日本邻近国家对此表示担忧,例如:韩国现已禁止从福岛进口海鲜食物。反对向海洋倾倒放射性废水的一个关键群体是福岛当地渔民,库伦说:“他们的渔业经营基本上都被这场灾难摧毁了,在核泄漏之后,福岛地区所有海产品出口都被叫停。近年以来,当地渔民逐渐地恢复了捕捞业,福岛海产品的放射性元素含量远低于安全消费水平,但如果在福岛邻近海域倾倒放射性废水可能将完全破坏当地渔业生产。”

目前,日本政府一直在研究分析,对2020年全部选择方案进行评估,表示将尽快宣布放射性废水处理的最终决定。事实上,每个选择方案都存在风险,但可以明确的是,渔民、邻国和其他利益相关者只有知道废水中含有多少放射性微粒和相关类型,才能做出全面完整的评估。

责任编辑:胡丁月

标签: 日本核污染 福岛 放射性废水

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