1 棘手的难题
当奥巴马政府宣布搁浅尤卡山项目的时候，美国核工业界弥漫着一股失望的情绪，尤其是那些在这个项目上倾注了十几年心血的科学家和工程师们，内心充满了挫败感。核废物处置，这个从核工业诞生便如影随形的大难题，似乎又回到了原点。
假如核能事业的先驱费米仍然健在的话，一定无法想象，自己在70多年前的预言，竟会一语成谶，而且到今天也没有在美国取得实质性的突破。
早在1944年春的一个新型反应堆研讨会上，深谙核技术特殊性的费米，提出了一个隐忧：由于反应堆会产生巨量的放射性，如果核能要取得成功并为公众接受的话，就必须找到适当地处置放射性废物的办法。
后来的事实，印证了他的判断。在各国核工业的发展历程中，放射性废物处置，始终处于从属地位，从未成为中心工作，拖到今天成为一道难以跨越的坎。
正如费米所预言的那样，公众对核能过分敏感的态度，不过是因核能产生大量放射性而感到不安的一种心理反应。放射性废物处置问题，便顺理成章地成为反核人士攻击核能可持续发展的一把利剑，而且几十年下来屡试不爽。
与其他工业一样，核工业的生产、研究以及核技术应用会产生废物，也就是“核废物”，或称为“放射性废物”。按照物理形态，放射性废物可分为气态、液态和固态放射性废物，俗称为放射性“三废”；按照放射性水平，可分为低、中、高水平放射性废物，又简称为低放、中放和高放废物。
放射性废物分类体系概念示意图
（其中极短寿命放射性废物和极低水平放射性废物属于低水平放射性废物范畴）
通常而言，放射性废物中引起大家最大忧虑的，是那些具有较长半衰期的放射性同位素。比如，核裂变产物中的锶-90和铯-137，放射性半衰期分别为28年和33年，意味着几百年后仍然残存少量放射性，更别说半衰期2.4万年的钚-239了。消除放射性的唯一办法，只能通过自然衰变，而且无法借助温度、压力或化学反应来加快其衰变过程。因此，放射性废物处置的核心，是阻止放射性同位素逃逸到空气、水或食物链等环境介质中，确保人类健康和环境安全。
对于气态放射性废物，处理起来不是难事，主要通过通风和过滤措施加以解决。对于低、中放废液，由于其放射性活度相对较低，但是产生量很大，在核能发展之初通常采取“稀释和扩散”的策略，实施就地排放处理。后来，通过采用过滤、化学沉淀、离子交换、蒸发等处理措施，先降低放射性活度浓度，然后临时储存一段时间，再释放到周围的水体中。另一些则通过水泥或沥青固化工艺，转化成固体废物打包装桶，再进行陆地填埋或者倾倒入海洋深处。
放射性废物处置的争议，便是肇始于海洋处置。
2 放射性废物海洋处置
放射性废物海洋处置的始作俑者，是美国。
最早的放射性废物海洋处置作业，发生在1946年，美国海军将国防核设施产生的低、中放废物包装体，投置于距离加利福尼亚州海岸80公里的东北太平洋深处。随后，苏联、英国、法国、日本、韩国等十多个国家纷纷效仿，将各自的放射性废物固化装桶，倾倒于海洋。倾废的地点，从北极的喀拉海和巴伦支海，到太平洋、大西洋和东海。
随着核废物产生量的增加，倾倒入海洋的废物也是多种多样，有液态废物，包括没有容器包装直接排进海里的，有固体废物，如被放射性污染的树脂、过滤器和其他材料，还有无法包装的大型反应堆部件，如核潜艇上废弃的蒸汽发生器、泵和压力容器顶盖等。
放射性废物桶海洋倾废作业
1959年6月，美国国家科学院发布了一个研究报告，低放废物海洋处置问题第一次进入公众视野，随后在科学家、政治家和公众之间引起持续的争论。支持的一方认为，海洋面积大、稀释能力强，放射性核素在海底垂直扩散速度慢，再加上可靠的包装容器，不会对海洋环境造成放射性污染；反对的一方则认为，再坚固的容器经过海水长期的侵蚀也免不了泄漏的可能，放射性废物将从海床上移，继而进入底层海水污染鱼类，并最终污染人类食物链和海洋环境。随着美国环境运动的兴起，民众的环保意识日渐增强，反对向海洋倾废的呼声愈来愈高。
第一个转机，发生在1972年12月29日。71个国家签署通过了《防止倾倒废物和其它物质污染海洋公约》（又称为《伦敦倾废公约》），明确将高放废物列入禁止海洋处置的废物，并规定只有在获得特别许可证的情况下才能进行低放废物的海洋处置作业。尽管苏联在1976年成为《伦敦倾废公约》缔约方，依然我行我素按照本国实际在北极海洋和西北太平洋倾倒低、中、高放废物；1991年苏联解体后，俄罗斯一度继续向海洋倾倒低放废物。
第二个转机，发生在1993年11月12日。《伦敦倾废公约》缔约方会议明确禁止向海洋倾倒所有类型的放射性废物。但由于缺乏足够的国际法约束，仍然有一些国家向索马里海域倾倒放射性废物和其他有害物质，给当地的海洋环境和捕捞业造成隐患。
从1946年到1993年，共有13个国家进行过放射性海洋处置作业。单是美国，到1960年为止，已分别在太平洋和大西洋倾倒了超过24000桶和23000桶的放射性废物。苏联更是倾废大户，从见诸报端的海洋处置作业统计，苏联在北冰洋喀拉海域废弃的6个潜艇反应堆以及含有受损燃料的1个核动力破冰船反应堆，就占了全世界放射性废物海洋处置总量的三分之二。
放射性废物海洋处置分布与总量统计
在海洋处置实践受挫后，各个国家转而需求陆地填埋处置方案。最早的放射性废物陆地填埋场，也是美国建造的，用于处置核武器研制及配套的核燃料生产过程中产生的低、中放固体废物。1960年代起，美国先后建造了十几处国防核设施低放废物填埋场，并相继投运了7个商用近地表废物处置场，用以处置核电厂产生的低放废物。
低、中放固体废物处置场废物桶吊运作业
到今天为止，对低、中放固体废物进行陆地填埋，已被实践证明为一种成熟而可行的处置技术，完全能够做到废物包容体与生物圈隔离，并被绝大多数国家所采用。
最麻烦的，是高放废物的处置。
3 堪萨斯选址风波
1947年成立的美国原委会，在全盘接收二战期间曼哈顿工程遗产的同时，也继承了遗留的大量放射性废物，大部分来自汉福特和橡树岭核武器生产基地。这些废物当中，最危险的当属对反应堆中核燃料进行后处理提取钚而产生的高放废液。后来，随着各国核电工业的发展，从反应堆中定期卸出且不再使用的辐照过的核燃料，即乏燃料，也成为高放废物的主要来源。
对于高放废液，各国普遍采取的是“浓缩和包容”的处理策略，即先通过浓缩措施达到减容的目的，再利用专用容器进行安全贮存。当然，为了降低向环境泄漏的风险，对高放废液进行玻璃固化处理，是一种可行的过渡措施。
由于高放废物中含有的放射性核素活度浓度很高，在衰变过程中会源源不断产生热量，或者含有大量长寿命放射性核素，需要有效的散热措施和更高程度的包容，要求的隔离时间达到成千上万年。自核工业起步，如何安全地对高放废物进行最终处置，就成为一个严峻的科学技术挑战。
不过，在1950年代末，大部分科学家对这个难题持乐观态度，相信能够在不久的将来找到解决方案。在此过程中，陆续有科学家提出诸如“太空处置”、“深海沟处置”、“冰盖处置”和“岩石熔融处置”等方案，甚至还有人建议将核废料掩埋于地球板块交界处，通过漫长的地质变化使之回到地幔中。这些方案，均由于想法天马行空而无法付诸实践。经过多年的研究，各国普遍认为可行的方案是深层地质处置，即将高放废物包容体填埋于距离地表500-1000米深的地质体中，使之与生物圈永久隔离。这种埋藏高放废物的地下工程，被称之为“高放废物处置库”。问题的焦点和难点，在于如何选择、确定高放废物处置库的场址。
首先进入科学家视野的，是一种盐矿床处置方案。1957年，美国国家科学院召开了一次科技会议，专题讨论核电厂和国防核设施的长寿命高放废物的永久处置问题。当时一致的看法，在深层古盐矿床的矿井中处置高放废物是一种实际可行的方案。理由是盐矿床没有被地下水溶解，说明它们在整个历史时空里已实现了与周围环境的隔离，如果被水渗透的话，那么这种古盐矿床也就不可能存在。此外，盐矿床具有良好的塑性，能够缓慢地填充任何空隙，可以包裹在矿床中处置的任何废物。
盐矿床地下处置库概念图
这个共识，让原委会非常兴奋，便安排橡树岭国家实验室的科学家寻找适宜的盐矿床场址。他们找到堪萨斯州凯雷盐业公司的哈钦森废弃盐矿，在1959年-1961年开展一系列实验研究。研究人员将没有放射性的液体注入盐矿的空腔里，并模拟放射性废液产生的衰变热在矿井中的热量传输情况。
初步的研究结果正符合大家的预测，原委会随即于1963年7月宣布在堪萨斯州的另一处盐矿进行新一轮的测试。这个1948年废弃的盐矿，同属于凯雷盐业公司，位于里昂斯附近。1965年11月-1968年1月，科学家利用爱达荷国家反应堆试验站的高放固体废物（乏燃料元件）进行实验，以测试高放废物包装桶的设计、高放废物转运方法、辐射对盐矿床的效应等。尤其是研究放射性衰变产生的“热应力”导致盐在矿床内部流动的情况，以及对盐矿床结构稳定性的影响。
研究人员在里昂斯废弃盐矿里进行材料取样
研究结果令人鼓舞，认为高放废物可以安全地处置在盐矿地下环境中。这个研究成果来得正是时候，近期发生的两件事情，促使原委会决定尽快选定高放废物处置库场址：
一个是爱达荷国家反应堆试验站的放射性废物问题，引起了当地民众的担忧，尤其对高放废物的处理措施提出强烈质疑，担心放射性最终会进入当地的河流和供水系统。为此，原委会不得不承诺，将尽快迁走高放废物到一个永久的处置场所。
另一个是1960年代末期核电的高速发展，引起公众的巨大争议，被反对者频频攻讦的便是核废物的安全处置问题。从核工业长期发展考虑，也需要尽快选定、建设高放废物处置库。
在此背景下，在没有进行充分的地质和水文调查情况下，原委会在1970年草率地宣布，计划将里昂斯废弃的岩盐矿作为美国第一个高放废物处置库场址。决定一出，在里昂斯引起轩然大波，一个原本是纯粹的技术问题，很快就变成为一个棘手的公众议题。
当地的民众、州长和议员等政治家、科学家、反核团体和盐业公司，全部裹挟其中，在两年多的时间里，围绕项目给当地带来的经济收益和潜在的环境风险等问题，召开了激烈的争辩与交锋。尤其是以堪萨斯州地质调查局局长为首的地质学家群体，对项目的适宜性提出了强烈而有力的质疑。最后，原委会发现里昂斯的高放废物处置库项目在政治和技术上都存在巨大障碍，不得不在1972年取消了建造计划。
1970年7月在里昂斯召开的讨论废物库选址的公开会议
稍感欣慰的是，美国在盐矿床废物处置道路上并不是一片黑暗。经过多年的努力，在新墨西哥州卡尔斯巴德东南42公里的一片沙漠里，能源部将一个位于地下655米的盐矿改造成了核废物隔离示范工厂，并于1999年3月正式投运，成为美国唯一许可运行的深层地质处置库。截至2013年7月，这个示范工厂已经接收了11500个集装箱的国防超铀放射性废物。
美国废物隔离示范工厂外景
然而，里昂斯高放废物处置库项目的夭折，给美国乃至世界核工业留下了严重的后遗症。从此以后，高放废物处置库的场址选择，从一个科学技术问题，变成了一个夹杂着政治、经济、社会、科技、环境等多因素的复杂议题。
后来的尤卡山项目，几乎重蹈了里昂斯项目的覆辙。
4 “强奸”内华达
毫不客气地说，政治造就了尤卡山项目，也是政治毁了它。
在里昂斯废物处置库项目上碰壁之后，美国将研究重点从盐矿床转移到多重屏障设计思路上，即将高放废物贮存在废物罐中，外层包裹缓冲材料，再放入坚固的深层地质体（花岗岩、凝灰岩等）中。如此，废物体、废物罐、缓冲回填材料构成多重工程屏障，周围的地质体则构成天然屏障。
高放废物处置库多重安全屏障示意图
另一方面，经过持续4年的争论，1982年通过的《核废物政策法案》，为美国开展高放废物处置库选址奠定了法律基础。法案规定，能源部负责选定和运营高放废物处置库，核电厂每发一度电，需要向政府建立的核废物基金缴纳0.1美分作为处置费用。1987年，美国国会又对该法案作了修订，明确内华达州的尤卡山为高放废物处置库唯一场址，并规定必须从1998年1月起正式接收核电厂乏燃料。
法案修正案在内华达州炸开了锅，三分之二的当地人强烈反对，认为在没有一座核电厂的内华达州土地上为其他39个州的核废料提供“墓地”，显然有失公平。更让他们难以接受的是，尤卡山场址的确定，并不完全是基于技术作出的选择，而是一场政治博弈的结果。在反对该项目的内华达人看来，《核废物政策法案》完全就是一个彻头彻尾的“强奸内华达法案”！
原来，经过将近6年的大量数据筛选和现场勘查，能源部在1984年12月确定了6个州共10处地方，作为高放废物处置库的备选场址。随后，里根政府批准对其中三处场址特征进行深入的科学研究。这三处场址分别位于华盛顿州的汉福特、德克萨斯州的戴夫史密斯县和内华达州的尤卡山。
然而，1987年的时候，美国众议院议长和多数派政党领袖分别是德克萨斯州和华盛顿州人，在施加政治影响下各自的家乡都从名单上划掉，备选之一的内华达州便成了唯一的选项。
尤卡山
尤卡山是1400万年前巨型火山喷发形成的山脊，处于地震带附近，从科学的视角看，并非最合适的高放废物处置库候选地点。处置库场址距离拉斯维加斯西北100英里，位于能源部所属内华达核武器测试基地的西缘，处置库拟建在地下水位以上300米、山脊峰顶以下300米处。能源部当初选择这个地方，除了技术因素外，还有一个重要的考量，就是联邦政府已经拥有了这片人烟稀少的地区，将来跟地方政府谈判更容易。
尤卡山处置库位置示意图
根据美国环保局的环境标准要求，高放废物处置库至少要在1万年内保证放射性废物与外界完全隔离。为了论证其适宜性和可行性，从1978年起，能源部组织国立实验室和其他承包商的科学家和工程技术人员，对尤卡山地区的环境、地质、水文、公众安全、社会经济影响等方面进行了庞大的研究工作，参与的人员多达2万名，挖掘了长达8公里的地下隧道，到2008年为止耗费的工程研究费用超过90亿美元，堪称史上对地球内部研究最为深入的地方。
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不过，反对该项目的人群对此毫不领情。内华达州政府、拉斯维加斯市政府和当地环保组织，联合起来展开一场顽强的“阻击战”，并于2001年12月起诉联邦政府，试图扼杀尤卡山处置库建造计划。当地州长和市长甚至表示，只要将来核废料运过来，他们就带头在州境组成人墙，阻止运输火车和卡车进入，并逮捕负责运输的人。
尤卡山地下隧道
对他们更强有力的支援，来自于政治上。俗话说，风水轮流转，来自内华达州的政治家雷德(Harry Reid)在1987年当选为美国参议员，后来在这个位置上干了30年。而且，从2005年-2017年和2007年-2015年，他分别担任参议院民主党党魁和参议院多数派政党领袖，在国会具有举足轻重的政治影响力，也就顺理成章地成了美国政界反对尤卡山项目的“领头羊”。
参议员雷德
在2008年的美国总统选举中，为了获得内华达州的4张选票，奥巴马承诺放弃尤卡山项目。从2009年起，奥巴马政府便大幅削减尤卡山项目预算，一直延续到特朗普政府时代，整个项目几乎完全停滞。尤卡山项目的反对派取得了决定性的胜利，支持派除了扼腕叹息，无能为力，留下的是空荡荡的地下隧道。
这样的结果，让能源部面临腹背受敌的夹击。不能如期建成投运处置库，自然也就无法兑现承诺，接收核电厂的乏燃料计划便泡汤了。电力公司不能接受之前缴纳的高额废物处置费用，将联合起来对能源部提起索赔诉讼，金额高达500亿美元。
项目停了，难题还在。在核电厂乏燃料水池和干式贮存罐里暂存的大量乏燃料元件，以及国家实验室积存的大量高放废液，因为“墓地”没选好，不得不在“停尸房”里继续待着，原本作为过渡的暂存方案，不得已转变成为一种中长期的贮存方案。它们，将继续在乏燃料水池或贮存罐里存放，至少数十年。
核电厂乏燃料贮存水池
核电厂乏燃料干式贮存罐
其他国家，如英国、法国、俄罗斯、中国、日本等，都面临着同样的困境，积存的高放废物越来越多，却没有确定最终的处置场所，更谈不上妥善处置了。
不过，也无须完全气馁，两个北欧小国在这方面的重要进展，让我们看到了一丝曙光。2009年，瑞典宣布选定福什马克处置库场址；2015年，芬兰政府批准在奥尔基洛托核电厂附近建造一座高放废物处置库。
建设中的芬兰高放废物处置库
前路漫漫，前途未卜。为高放废物寻找归宿，本不应等待和观望，需要决策和行动，而且要快。
