二、寻找最终的归宿

核燃料在反应堆内“燃烧”时，可裂变核素渐渐减少，裂变产物不断增多，其中有好几种核素会强烈地吸收中子。因此，到了一定程度，“核火焰” 会逐渐熄灭。只有用新的核燃料组件来替换用过的燃料组件，才能使反应堆继续进行工作。

用过的核燃料组件与烧过的煤块有很大的不同。煤块烧过后，绝大部分可以燃烧的碳元素已气化变成二氧化碳。而用过的核燃料组件中，仍保存着大部分裂变物质。按其成分来说，96％是没有“烧”过的铀，1％是铀—238 吸收中子而形成的钚，另外 3％则是铀—238 吸收中子而形成的锕系元素，以及铀—235 裂变而产生的各种放射性或非放射性核素。

刚替换下来的燃料组件放射性很强，一般都要让它在核电站内贮存半年到一年，使短寿命的核素有相当大一部分衰变掉。在这段时间里，操作人员不能直接搬运这些组件，而必须在足够的辐射防护条件下进行远距离操作。在压水堆核电站中，这种操作是浸在水下进行的，水层有足够的厚度，可以保护操作人员免受辐射的损害。

用过的燃料组件经过半年以上的衰变，可放在装有屏蔽的车上转移到厂外的贮存地点或专门的处理工厂。在处理工厂内，通过一套遥控设备，从燃料组件中回收铀和钚，而留下一种含有大量高放射性核素的废液，叫高放废液。

高放废液有不少有价值的核素，但数量超过今天的需求，因此目前还只能把它们作为废物进行处理。

放射性废物的最终处置，是一件令人头痛的事情。先要设法尽量减小它的体积。对含有较多可燃成分的废物，可采用焚化的办法，使放射性核素残留在灰烬之中。对含放射性核素的溶液，则采用蒸发浓缩的办法，使体积比原来缩小几十倍甚至上百倍。体积缩减后的核废物，如果处于分散和可流动的状态，还要用各种办法将其固化，其目的是使放射性核素不再扩散。现在比较成熟的固化剂有水泥、脲醛、塑料、沥青等。当放射性废物浇铸在这些材料内时，就成为固化块。这样就可以比较方便地进行运输、贮存，直至深埋。对于高放射性的废物，则要采用更为严密的固化材料将其固化。现在研究出一种把放射性物质固化在玻璃内的新工艺，它可以确保核素得到长期的固定。

下一个问题是，这些固化块又该放在什么地方呢？它们是不是还需要有人照看？是否有办法一劳永逸地把它们最终处置掉呢？

通常采用的办法是把核废物埋藏。专家们还寻找到一种更加彻底的办法，就是把它们送往远离尘世的宇宙空间。这是十分昂贵的，因此只能用来处理少量会造成长期麻烦的放射性核素——锕系元素。

把核废物送到绕地球运转的轨道上是没有意义的，因为绕地轨道的长期稳定性得不到保证，一旦发生坠落，就会给地球人类带来灾难。把废物送到月球或其他行星上，以邻为壑，似乎并非上策。因此，最彻底的办法是把废物送出太阳系。然而这样做需要有十分强大的运载火箭，且费用极高。

空间处置的方案有好几种。专家们发现，较为理想的方案，是把废物送入以太阳为中心，以太阳到地球的平均距离的 0.85 倍为半径的日心轨道。这个轨道在地球与金星之间穿过。废物被送入轨道后就像一颗小行星似的，可在地球与金星之间绕太阳稳定地运转 100 万年，而所需的火箭发射功率则与将核废物送入较高的绕地轨道相差无几。

彻底消除放射性核素的另一个方法是使其嬗变。就是用各种粒子去轰击长寿命的放射性核素，使它们很快转变成危险较小的短寿命核素或可裂变核素。

为了使待处置的核素进行嬗变，首先要把它单独分离出来，放在带电粒子加速器、裂变反应堆或聚变反应堆中承受粒子或中子的照射。而用于嬗变处置的最好工具，是我们下一章中将要讲到的快中子堆或热核聚变反应堆。那儿中子“产量”高，有利于嬗变过程的进行。需要处置的核素可做成针状， 插在反应堆内，经受中子的轰击。根据计算，锕系元素在快中子堆中放置 5～ 10 年，其中 90％将嬗变成可裂变核素，然后发生裂变而消失。

裂变产物中，有些核素会强烈地吸收中子。因此，在进行嬗变辐照以前， 还要把它们和锕系元素分开。这是一项比较艰巨的任务，因为它们都是一些尺寸大致相同的三价离子，有十分相似的化学性质。

核素的分离和提取，是空间处置和嬗变处置所必须解决的共同课题，科学家们还得花一段时间来研究。