在全球能源结构转型过程中，核能作为一种低碳能源受到越来越多国家的重视。然而，核废料处理问题一直是制约核能发展的关键因素。近日，麻省理工学院(MIT)的研究人员与国家实验室的合作伙伴共同发表了一项重要研究，深入分析了不同核废料管理策略下放射性同位素碘-129的释放情况，为各国制定核废料政策提供了科学依据。
碘-129：核废料中的长期威胁
碘-129(I-129)是核废料中风险最高的成分之一，其半衰期长达1570万年，具有极高的环境迁移性。当人体摄入碘-129后，它会积聚在甲状腺中，可能引发癌症。在美国，含有碘-129的核废料计划被处置在深层地下储存库中，科学家认为这种方式能够有效隔离碘-129。
然而，在全球范围内，法国却常规性地将含有碘-129和其他放射性核素的低水平放射性废液排入海洋。法国通过回收其使用过的核燃料，其再处理工厂每年向环境排放约153公斤碘-129，这一排放量在法国监管限制范围内。
三种处置策略的比较研究
研究人员量化了三种不同情景下碘-129的释放情况：
- 美国采用的直接将乏燃料处置在深层地下储存库的方法
- 法国的稀释排放方法
- 使用过滤器捕获碘-129并将其处置在浅层地下废料库的方法
研究发现，法国当前的再处理实践会导致约90%的废料中的碘-129释放到生物圈中。研究人员在法国和英国前再处理站点周围的海域（包括英吉利海峡和北海）检测到低水平的碘-129。尽管欧洲水域中碘-129的低水平被认为不构成健康风险，但研究人员发现，美国采用的深度地下处置方式导致的碘-129释放量要少得多。
量化分析：不同策略的环境影响
研究人员通过结合当前和前再处理站点的数据以及储存库评估模型和模拟，计算了三种不同废料管理策略下碘-129的释放情况。
美国深度地下处置方案
在美国的深度地下处置方案中，假设屏障容器在1000年后失效（一个保守估计），研究人员发现从现在起1000万年内，每年每吉瓦时发电量对应的碘-129释放量为2.14×10⁻⁸公斤。
法国稀释排放方案
在燃料再处理并将废液稀释排放的情景中，研究人员估计每年每吉瓦时发电量对应的碘-129释放量为4.51公斤，占总量的91%。约3.3%的碘-129被气体过滤器捕获，然后作为低水平放射性废物处置在浅层地下。另有5.2%的碘-129留在再处理工厂的废料流中，然后作为高水平放射性废物处置。
过滤捕获方案
如果废物在再处理过程中使用气体过滤器直接捕获碘-129，则每年每吉瓦时发电量对应的碘-129释放量为0.05公斤，而94%的碘-129被处置在低水平处置场。对于浅层处置，假设在政府或机构控制期结束后（通常为100-1000年）会发生某种形式的人为干扰和侵入，这可能导致控制期后处置量向环境释放。
环境稀释与局部浓度
研究人员还量化了当前和前燃料再处理设施附近不同地表水中碘-129的浓度，包括法国和英国再处理厂附近的英吉利海峡和北海。他们还分析了华盛顿州一个冷战期间生产核武器材料的场地下游的美国哥伦比亚河，以及南卡罗来纳州的一个类似场地。
核废料储存设施中的大量储存桶，研究人员通过分析不同管理策略下的碘-129释放情况，评估了各种处置方法的环境影响
研究人员发现，南卡罗来纳州场地内的碘-129浓度要高得多，因为那里的低水平放射性废液排放远离主要河流，导致环境中的稀释程度较低。
"我们想要量化环境因素和稀释的影响，在这种情况下，稀释对浓度的影响大于排放量的影响，"Wainwright说。"人们可能会从我们的结果中得出结论说稀释仍然有效：它正在减少污染物浓度并将其分散到广大区域。另一方面，在美国，不完善的处置导致了局部地表水浓度较高。这提供了一个警示故事，说明处置可能会集中污染物，应仔细设计以保护当地社区。"
核燃料循环与政策考量
Wainwright希望她的研究结果不会阻止各国回收核燃料。她说，像日本这样的国家计划在再处理使用过的燃料时增加过滤以捕获碘-129。含有碘-129的过滤器可以根据美国法规作为低水平废物处置。
"由于碘-129是一种没有强穿透辐射的内部致癌物，浅层地下处置与其他危险废物一样是适当的，"Wainwright说。"自1960年代以来的环境保护历史正在从废物倾倒和排放转向隔离。但仍有行业将废物排放到空气和水中。我们已经看到，它们最终往往在我们的日常生活中造成问题——如二氧化碳、汞、PFAS等，特别是当有许多来源或发生生物积累时。自1950年代以来，核工业一直在引领废物隔离策略和技术。这些努力应进一步加强和加速。但同时，如果有人因为废物问题而不选择核能，这将鼓励环境标准低得多的其他行业。"
研究的深远意义
这项研究不仅提供了碘-129管理的综合视角，还强调了核废料管理中生命周期评估的重要性。研究人员指出，核废料管理不应仅关注最终处置和固体废物，还应考虑不同时间点的释放情况。
"将这些部分组合起来，提供碘-129的综合视图很重要，"论文第一作者、麻省理工学院核科学与工程系和土木与环境工程系助理教授Haruko Wainwright说。"有科学家一生致力于清理受污染地点的碘-129。这些科学家有时会惊讶地发现，一些国家正在释放如此大量的碘-129。这项工作还提供了生命周期视角。我们不仅关注最终处置和固体废物，还关注释放发生的时间和地点。它将所有部分组合在一起。"
这项研究由麻省理工学院的Climate Fast Forward Faculty Fund和美国能源部支持，为全球核废料管理政策制定提供了重要参考，同时也提醒我们在追求能源安全的同时，必须高度重视环境保护和长期风险管控。
