根据《科技日报》29日的报道，这是一个等待了20多年的好消息。最近，美国太平洋西北国家实验室的科学家成功地完成了第一次低放射性废玻璃固化热试验。
科学家将核废料固化成玻璃。(来源:美国太平洋西北国家实验室)
“这次试验生产的9公斤玻璃是美国能源部自1997年以来生产的第一块核废料玻璃，当时美国能源部在汉福德工厂的核废料处理项目上投资了200多亿美元。”6月28日，武汉理工大学硅酸盐建材国家重点实验室的许凯教授在接受《科技日报》记者专访时做了介绍。他在太平洋西北国家实验室工作了多年。
许凯解释说，热试验完全模拟了汉福德工厂采用的低液位废液处理工艺，固化了真正的低液位废液。值得一提的是，该工艺是一种连续加料方式，而不是传统的分批加料方式。
“这对今后深入研究汉福德玻璃固化工艺和扩大加工规模具有极其重要的指导意义。”许凯评价道。
作为曼哈顿计划的一部分，汉福德工厂建于1943年，在那里生产了第一次人类核弹爆炸试验中使用的高纯度钚和投在日本长崎的原子弹。在提取高纯度钚的过程中，工厂产生了大量的放射性废液。目前，约有20万立方米的军用废物暂时储存在这里，拥有世界上最大的储存能力，其中90%以上是低放射性废物。
美国汉福德工厂(来源:华尔街日报)
随着时间的推移，简单液体储存方法的缺点日益暴露。1987年，汉福德工厂成为核废料处置场，1989年美国联邦政府开始在那里处置核废料。然而，由于处理过程复杂，技术难度大，虽然投资成本一直呈直线上升，但工程进度非常缓慢。
核废料是人类面临的主要环境问题之一。例如，乏燃料后处理过程中产生的高放射性废液含有辐照核燃料总裂变产物的97%以上。由于其放射性元素浓度高、放热率高、腐蚀性强，如果不严格管理和妥善处理，一旦进入生物圈，必将造成极其严重的环境灾害。
在过去的40年里，研究人员一直在探索一条技术路线。第一步是将废液转化为固态，以消除其流动性，并降低废液中所含放射性元素进入环境的可能性。然后，将固化的废液置于深层地质层中，实现废物的最终处置。地质介质被用作屏障，将废物中的放射性元素与人类生活的环境隔离开来。
所谓玻璃固化是指将核废料与玻璃添加剂混合，在高温下熔化并浇铸成固化的玻璃体的过程。放射性元素在玻璃体内以原子尺度固化，从而确保地质储存的安全性。它被认为是完成最终处置的第一个重要过程。
目前，玻璃固化有两种技术途径:热罐法和冷罐法。
一般来说，热罐法是将废液浓缩并煅烧成粉末氧化物，然后将其喷洒到高达1200摄氏度的硼硅酸盐玻璃液体中，使氧化物与液体玻璃熔化。冷罐法的核心是在罐外包裹一个感应线圈，实现罐内玻璃液的感应加热。同时，向锅的外围注入冷水，高温玻璃液形成“锅杆”，对锅内壁起到保护作用，避免了对锅的腐蚀，延长了使用寿命。
这个过程听起来并不太复杂，但不可忽视的是，玻璃固化设备的操作条件和要求极其特殊。工作环境不仅有放射性，而且温度高达数千摄氏度。所有操作，尤其是维护，必须远程完成。
红色物质是汉福德地下的放射性废物。这是它第一次连续固化成玻璃。(来源:美国太平洋西北国家实验室)
“这就像是送上月球的月球车坏了，只能远程维修。对于一些困难的维修，维护的风险和成本甚至高于建筑。”许凯说道。
他还说，玻璃固化是一项复杂的技术。目前，世界上掌握玻璃固化技术的国家不多，有限的玻璃固化技术国际合作无法实现真正的核心技术交流。即使有外国公司的技术援助，例如汉福德核废料处理项目的主要承包商英国核燃料公司，美国太平洋西北国家实验室也没有中断玻璃固化技术的研究。在过去的40年里，它在玻璃固化领域产生了大量的原创性成果，对未来的工程应用将起到至关重要的指导作用。“可见，坚持自主创新是必要的”。