据报道[1-3]，美国能源部（DOE）即将在结晶岩层内钻试验深孔，处置汉福特中心高放核废液中提取的“高热”锶、铯废物。这种核废物原本要处置在内华达州尤卡山处置库内，但深地钻孔处置或许更适宜。

试验场地定在北达科他州，选定俄亥俄州哥伦布市巴特尔纪念研究所（Battelle Memorial Institute）主导的团队在拉格比（Rugby）附近试钻这个钻孔。

能源部长欧内斯特 莫尼兹（Ernest Moniz）在一份声明中说，“这是重要的第一步，以增加我们对结晶岩层潜在用途的科学认识，包括钻孔作为核废物长期处置选项的可行性。”他以前曾探讨把深地钻孔作为有希望的选项，处置汉福特中心水下储存的1936个放射性锶和铯废物盒。

这些锶和铯是1972年为降低核废物大罐内废液的温度，从汉福特高放废物罐内分离出来的。而这种废液是过去为国家核武器规划，采用“湿法”工艺从辐照过的燃料中提取钚时留下的。

附图1:大约2000个锶和铯废物盒储存在汉福特废物包装与储存设施的水池内

汉福特的核废物盒或许最适应更早地质钻孔方法处置

DOE计划的试验项目，用5年3500万美元，在北达科他州约20英亩国有土地上试验钻孔。现场试验着眼于科学和工程挑战，包括钻孔技术、钻成孔的稳定性和封闭，以及深地岩石的特性。

据DOE说，钻孔期间，研究人员将广泛收集数据，考虑钻孔完成后的特定科学试验。试验项目不用放射性物质。

1970年代以来，科学家不断讨论深地钻孔处置核武器放射性废物的可能性。2012年，美国核未来蓝带委员会提出建议，研究利用深地钻孔处置不可再用的核废物。

有现成的商业钻孔技术。但研究报告说，把废物置入深孔的遥控处理设备开发不难，但还有些挑战性。

附图2：废物隔离试验场的深度，迪拜塔的高度仅作为比照[4]。

5公里深的钻孔，最小直径43厘米

去年莫尼兹就说，如果证明钻孔处置方法可行，汉福特的锶和铯废物也许可尽早处置。

早先计划这些核废物盒送到内华达州尤卡山处置库，后来，奥巴马政府让这个设施停工了。

锶和铯废物占汉福特废物总放射性的约1/3。

然而，它们的总体积相当少，不到4 m³，是深地钻孔处置的合适候选。现在它们保存在地下大罐内，预计总体积不到汉福特玻璃固化高放废物的1％。

按照DOE评估的提议[4]，废物应放入结晶岩钻孔的2公里以下部位，有助于使废物与环境隔离。为放置这些核废物容器，需要钻孔底部的直径至少43厘米，而且要内衬钢套管。

附图3：钻孔密封结构[4]

附图4：钻孔密封部件[5]

巴特尔研究所为主组建研究团队

试验项目还将用来评估地热能源发展的潜力。

据DOE说，美国许多地区有大量地质稳定的岩层，类似北达科她试验场。在那儿的这项研究有助于增加对全国类似地方的了解。

DOE官员曾说，他们将寻找某些社区愿意成为放射性废物处置场址的志愿者，无论是钻孔或者靠其他方法。

除了巴特尔研究所之外，研究团队还包括北达科他大学大福克斯能源与环境研究中心、德州休斯顿Shlumberger公司和瑞士Solexperts公司的科研人员。

深地钻孔处置的“成本”

英国谢菲尔德大学的科学家说，使核废物密闭在地球表面下5千米的技术，可对英国的高放核废物处置提供更安全、更便宜和更加可行的替代选择[6]。

深地钻孔处置有许多优点，超过现在设想的解决办法:在地下500米深处开挖的地质处置库。

深地钻孔处置的成本估算为每个钻孔约两千万美元。不到5年内就可钻好、填充并封闭一个钻孔。他们估算，英国所有乏燃料后处理的高放核废物能处置在六个钻孔内，现场不大于一个足球场。只相当于开挖式地质处置库提前开支的极少部分。

研究人员估算，美国钚生产留下且现存汉福特基地40％的高热、强放废物，能处置在一个深地钻孔内。用作尤卡山废物处置库的替代方案，处置美国所有的6.5万吨核废物的总费用，还不到尤卡山项目已支(150亿美元)的费用[7]。 

编者赘言

核废物处置是有核国家都要面对的课题，不论防御和/或商业利用，也与采取的核燃料开环或再循环战略无关，差别仅仅是数量多少而已。所谓“处置”，就是使高热/强放核废物与地球生物圈长期“隔绝”，确保不影响人类健康和环境安全。发达核大国的舆论压力较大，但发展中国家起步较晚，有“后发优势”。无论是采取乏核燃料“一次通过”还是“多次”后处理再循环战略，乏核燃料和高放核废物都必须先地面储存几十、甚至上百年。有时间进行充分的分析研究、试验比较，不必匆忙做出决定。

参考资料：

1. DOE，Energy Department selects Battelle team for a deep borehole field test in North Dakota, DOE-NE, January 5, 2016

2. Annette Cary，North Dakota deep borehole test could help Hanford，Tri-City Herald，January 7, 2016

3. WNN, Team selected for US deep borehole field test, 08 January 2016

4. Bret Leslie, Summary of NWTRB Deep Borehole Disposal Workshop，NWTRB，December 16, 2015

5. Bill W. Arnold etc., Research, Development, and Demonstration Roadmap for Deep Borehole Disposal, Sandia National Laboratories, August 31, 2012

6. Shemina Davis，Bury nuclear waste down a very deep hole, say Sheffield scientists，The University of Sheffield，14 April 2015

7. John Siciliano，The 2016 politics of nuclear energy，The Washington Examiner，1/10/16