尽管花费了数十亿美元处置和稳定液态放射性废物，但清理位于华盛顿州汉福德的前核生产基地储罐的泄漏仍将需要几十年的时间。
2017年1月的汉福德废物处理厂航拍图。这个工厂将于2023年投入使用，其设计目的是将储存于177个地下储罐的液态放射性废物转化为一种可用于长期安全处置的玻璃材料
25年前，美国停止生产核武器并开始清理庞大的冷战武器设施。如今，美国能源部（以下简称能源部）的这些举措已经取得了显著成效。例如，位于科罗拉多州的洛基弗拉茨厂已恢复成为野生动物保护区。那里曾经制造出数万枚核武器用钚核。但是，稳定和安全处置在生产钚的过程中产生的数千万加仑高放射性和有毒性废液仍然是一个遥远的目标。
尽管能源部的两个废液设施的一部分已经转化成稳定的固体，但拥有最大设施的华盛顿州汉福德基地仍然必须处理177个地下储罐贮存的2.12亿升废液，其中一些距离哥伦比亚河约16公里。一些废物可以追溯至20世纪50年代，至少有62个储罐的大约380万升液体因泄漏渗入土壤。
据美国政府责任署（GAO）称，自20世纪90年代初汉福德开展清理工作以来，能源部已经为一些废物处置措施花费了190亿美元。对所有废物进行加工和处置的目标日期现在设定为2047年，方法是将所有废物倒入强固金属罐中并将其转化成玻璃状态；此时距离在长崎投放“胖子”原子弹已经一个多世纪。但即便是这个时间也并非最终时间，因为能源部还未对一半以上的废物如何处置做出明确规定。
自2002年起，汉福德就开始建造废物处理厂（WTP），旨在将废物转化为玻璃制品――这一工艺被称为“玻璃化”。根据最初的计划，该废物处理厂将被用作试点工厂，用于处理10%的废物，估计耗资43亿美元。后来，能源部决定扩建该项目，使其成为一个功能完备的设施，而仅仅处理部分废物的成本现在已经暴涨至将近170亿美元。
在汉福德废物处理厂，储罐内的废物要进行分离，约10%储罐容量中超过90%以上的放射性进入高放废物（HLW）流，其余则是低放废物(LAW)。预处理装置能够去除可溶解的裂变产物，并将其返回至储罐中作为高放废物处置。每一道废物流都与硼硅酸盐材料混合，形成熔融玻璃，然后倒入不锈钢罐中。高放废物将贮存于现场的一个地下储藏室中，最终在尚未建成的核废物库中进行处置。低放废物的强固金属罐将永久储存在汉福德。
根据2016年修订的2012年法院命令，能源部必须在2023年之前开始将低放废物转化成玻璃。但该命令未要求在2036年之前将高放废物转化为玻璃。
为了应对2023年这一最后期限的压力，能源部2015年决定建造另一座废物处理厂，该工厂将绕过用于处置7 600万升低放废物的预处理设备，过滤掉固体和铯-137，并将经处理的材料提供给玻璃化工厂。这一项目定于2021年竣工。目前的废物处理厂建设成本约为168亿美元，包括新建设施、低放废物玻璃化工厂以及迄今为止在预处理和高放废物玻璃化工厂中所做工作的费用。该成本不包括预处理和高放废物设施的完成费用，而且能源部没有提供整个废物处理厂的预估成本。
不同的处置方法
汉福德清理工作停滞不前的同时，能源部冷战时期的另一个主要钚生产设施――萨凡纳河基地（SRS）――自1996年起开始对高放废物进行玻璃化处置。在这座位于南卡罗来纳州的庞大建筑中，有1.4亿升废物存放于51个储罐中。该基地的公民监督组织SRS观察负责人汤姆·克莱门斯(Tom Clements)指出，SRS的放射性物质比汉福德的放射性物质总量要多。但是SRS已经通过国防废物处理设施对高放废物进行了玻璃化处置，用它们装满了大约4 000个高2米、直径为61厘米的不锈钢罐。美国能源部同意在2028年之前完成这项工作。
这个位于南卡罗来纳州的基地一直在对废物进行预处理，以便将铯和超铀元素分离，然后将这些废物与高放废物一起进行玻璃化处理。但是，它并没有将低放废物进行玻璃化处理，而是将其与水泥、灰渣和炉渣混合在一起，形成一种名为“盐石”的灌浆。大约有1 500万升盐石灌入地上的圆柱状储藏室内进行固化。最新的储藏室的容量将达1.13亿升，是现有的5个储罐的10倍。
在南卡罗来纳州，已经建成一个新的盐石废物处理设施，以加速铯和超铀元素的去除过程，而此前这一过程一直在减缓盐石的生产速度。新设施将于2018年正式投入使用。
萨凡纳河基地的国防废物处理设施已经装满了大约4 000个这样的不锈钢罐，这些储罐中装有固化的来自地下储罐的高放废物，适合用于永久储存
一些专家和能源部将汉福德处置工作的延迟归咎于其储罐内物质的复杂性和混杂性，其中一些物质的特征仍然没有得到充分描述。萨凡纳河基地自始至终都只使用一种化学工艺。但美国能源和环境研究中心（设立于马里兰州塔科马公园的智库）负责人阿尔琼·梅基耶尼（Arjun Makhijani）介绍说，在汉福德的生产寿命周期，采用了几种不同的化学工艺来分离钚。在汉福德，“废物在储罐之间转移，而不同化学性质和浓度的废物开始混合并发生反应，”梅基耶尼解释道，“这样最终会带来一系列问题：废物的浓度有的像水泥，有的像花生酱，还有的呈液态。
根据美国政府责任署大卫·特林布（David Trimble）的说法，这件事还远不止这么简单。政府责任署在一年前召集的一个专家小组指出，仅仅是废物的复杂性并不能解释这一状况。他说，在其他再处理工厂，包括英国的塞拉菲尔德工厂，也有类似的混杂废物完成了玻璃固化。汉福德的一位发言人不同意这种说法，他说汉福德的废物比塞拉菲尔德复杂得多。
特林布说，目前汉福德采用的方法是基于美国政府责任署与华盛顿州协商的清理协议。该州声称：玻璃化将永久固化这些废物，因此，坚持要求能源部对低放废物和高放废物进行玻璃化。南卡罗来纳州希望在储罐泄漏到地下水之前完成这项工作，并选择接受灌浆的方法作为低放废物的处置方案。
在20世纪90年代，能源部采取了一种办法――由承包商承担建造玻璃化工厂的费用，以固定价格向该机构收取每个不锈钢罐的费用。但是，由于这些废物具有复杂性和不确定性，能源部放弃了这种方法。相反，能源部指示现任承包商柏克德公司（Bechtel National），在设计完成并且所有系统完全合格之前就着手建造设施齐全的工厂。特林布表示，承包商“一直在系统之上建立系统，当意识到最上游的系统存在缺陷时，又不得不返工。”因此，必须进行大量返工。但柏克德发言人弗雷德·德苏萨（Fred deSousa）称：无需这样做。
能源部拒绝接受本文的正式采访。在书面答复中，环境管理办公室的一位发言人表示，由于一些技术问题尚未解决，能源部在2012年停止了废物处理厂的预处理和高放废物玻璃化工厂的建设工作。从那时起，环境管理办公室就一直致力于在2022年之前将低放废物玻璃化。
根据政府责任署5月发布的报告，确保废物预处理过程的安全操作一直是汉福德面临的主要技术挑战。美国国防核设施安全委员会2010年警告说，一个混合容器可能会因废氢燃料集聚而爆炸。该机构负责对美国能源部的核设施进行安全检查。该委员会进一步警告说，钚粒子可能会在这些容器中沉淀，并引发连锁反应。更复杂的是，这些容器被建造成“黑箱”――在操作前就已密封，所以在工厂的整个生命周期内都无法进行维护和维修。
2017年1月，能源部对安全委员会表示，在解决安全问题方面已经取得了长足进展，足以恢复2012年暂停的一些设计活动。在给《今日物理》的书面答复中，能源部表示：8个预处理问题已经解决了3个，第4个问题很快也会得到解决，其他问题取得了“重大进展”。
能源部表示，能够提供符合核质量控制标准的部件和设备的美国公司数量不断减少，这也是处置工作滞后的原因之一；另一个原因则是在21世纪初重新调整了废物处理厂的设计，以便使变更后的设计符合抗震标准。
2014年，一个由37名专家组成的审查小组在低放废物玻璃化设施中发现了数百个重大设计漏洞。在一份泄露的能源部报告中，详细列出了他们发现的几十个需高度关注的安全漏洞，这意味着其成本影响达到5000万至1亿美元，而且可能导致计划延迟6至12个月。该小组称，如果不采取措施，其中的一些漏洞可能会继续影响人员安全和健康以及二次废物处理的操作和维护。柏克德对审查小组的很多发现提出了质疑。德苏萨表示，362个漏洞中有338个已经得到解决。美国能源部基地办公室最终发布了1份报告，其中包含10条建议，涵盖通风、维护、防火安全、控制系统软件和其他问题。该报告得出结论称，所有的问题都在可控制范围之内。
但政府责任署建议能源部暂停工作。“我们已经说过好几次，汉福德采用的设计-架构方法有问题，而能源部必须对最近的项目管理进行改革，以确保在未完全了解设计的情况下不会灌注更多的凝固物或弄弯更多的钢铁。”特林布说道。
监督组织汉福德的执行理事汤姆·卡彭特（Tom Carpenter）声称，汉福德废物处理厂这一项目的缺陷极为严重，应该被废弃并推倒重来。他说，即使完工，该工厂也不太可能通过能源部相关机构的许可审查，因为它在建设过程中未遵守核质量保证和质量控制协议。他提到了一项《反欺骗政府法》诉讼，指控柏克德及其分包商AECOM为能源部开列的材料、服务和测试未达到质量标准。该诉讼还指称，柏克德非法利用联邦基金，游说议员支持继续为废物处理厂提供资金。柏克德和AECOM去年同意向联邦政府支付1.25亿美元，以解决诉讼提到的问题。但他们确认自己没有任何不当行为，这些公司仍在继续管理这个项目。
如果废物处理厂的问题得到解决，该设施也只能处理汉福德40%的低放废物。在给《今日物理》的回复中，能源部坦率承认：还没有决定如何处置余下的部分。根据5月份的一份报告，由美国科学院、工程院和医学院所召集的21名专家表示，灌浆将是处置低放废物的有效方法。该小组成员说，最近的研究表明，灌浆将比玻璃化更好地将废物固定。
但华盛顿州的官员仍然坚持要将所有废物玻璃化，这样做将会付出巨大的代价。据政府责任署统计，萨凡纳河基地的灌浆费用大约为每升40美元；而在汉福德，对大量低放废物进行玻璃化的费用约为每升290美元。
实验室废物及其处置方法
能源部的第3个基地――美国爱达荷国家实验室正在处置含钠高放废物，这些高放废物主要是对船用反应堆使用的乏燃料进行再处理产生的。在进行这些操作的同时，实验室采用一种被称为煅烧的工艺把废物变成粉末。但是，由于20世纪90年代的排放规定，煅烧被叫停，大约有340万升废液仍未来得及处理。
爱达荷实验室已经建成一个废物处理装置，有报道称其耗资10亿美元。该装置可将剩余的废液转化成颗粒状固体，适合用强固金属罐贮存。该设施原本计划于2012年投入使用，但第2个启用目标日期（2016年秋天）也未能实现。美国能源部没有承诺新的日期，但表示一旦解决了技术问题，将立即开始处理废物。
爱达荷州的煅烧废物可溶于水，也不符合相关的法律要求――如果要建造一个核废物库，就必须能够在核废物库内对高放废物进行玻璃化处理。能源部过去曾说过，它能够将煅烧废物转化成类似陶瓷的固体。但在其书面答复中，能源部仅表示，计划2035年之前在爱达荷州之外的地方对所有高放废物进行处置，其中包括煅烧废物。贝特丽斯·布雷斯福德（Beatrice Brailsford）是监测爱达荷实验室的公民组织蛇河联盟的核项目负责人，她担心该机构将会无限期地将粉末废物留在强固金属罐内。
资料来源 Physics Today
责任编辑 岳 峰