在全球能源转型背景下，核能作为一种低碳能源形式受到越来越多的关注。然而，核废料的安全处置一直是核能发展面临的重要挑战。特别是放射性碘-129（I-129）作为核废料中风险最高的成分之一，其半衰期长达1570万年，具有高度环境迁移性，一旦被人体摄入会在甲状腺中积累， potentially导致癌症。麻省理工学院研究人员与国家实验室合作开展的一项新研究，对全球不同核废料管理策略下的碘-129释放情况进行了量化分析，为核废料管理提供了科学依据。
碘-129：核废料中的长期威胁
碘-129是核废料安全评估中的关键关注点。与其他放射性核素相比，碘-129具有独特的风险特征：其半衰期长达1570万年，这意味着它在环境中存在的时间极长；同时，它具有高度的环境迁移性，容易在水体和土壤中扩散；最重要的是，当被人体摄入时，它会选择性地积累在甲状腺组织中，增加患癌风险。
美国对碘-129的排放设置了极为严格的限制标准，饮用水中的碘-129限值为5.66纳克/升，这一标准比其他任何放射性核素都要严格。正如研究参与者、麻省理工学院助理教授Haruko Wainwright所言："碘-129的迁移性极强，因此在安全评估中通常是最主要的剂量贡献者。"
三种核废料管理策略的比较
研究团队对三种不同的核废料管理策略下的碘-129释放情况进行了量化分析：
1. 美国模式：深地质处置
美国采用直接处置乏燃料的方式，将核废料埋藏在深地下地质处置库中，并配备多重屏障系统。研究假设屏障系统在1000年后失效（这是一个保守估计），计算结果显示，从现在起1000万年内，仅有2.14×10⁻⁸ kg/GWe.y的碘-129会被释放到环境中。这种方法的显著优势是将放射性物质与生物圈长期隔离，极大降低了人类暴露的风险。
2. 法国模式：后处理与稀释排放
法国采用核燃料后处理技术，并将含有碘-129的低放射性液体废物稀释后排入海洋。研究显示，这种方法会导致4.51 kg/GWe.y的碘-129（占总量的91%）被释放到生物圈中。虽然排放入海的碘-129在海水中的浓度较低，不足以构成直接健康风险，但长期累积效应仍值得关注。研究团队在欧洲海域，包括法国和英国前处理厂附近的英吉利海峡和北海，都检测到了碘-129的存在。
3. 改进模式：后处理与气体过滤
第三种策略结合了核燃料后处理与气体过滤技术，直接捕获碘-129。这种方法仅释放0.05 kg/GWe.y的碘-129，同时94%的碘-129被捕获并作为低放射性废料处置在浅层地下。然而，这种方法也存在潜在风险——浅层处置库在政府或机构控制期结束后（通常为100-1000年），可能因人类活动而受到干扰，导致被封存的放射性物质重新释放到环境中。
环境稀释效应的双面性
研究团队还量化了不同核燃料后处理设施附近地表水中碘-129的浓度，包括法国和英国处理厂附近的英吉利海峡和北海，以及美国华盛顿州和南卡罗来纳州的核武器材料生产场地。研究发现了环境稀释效应的复杂影响。
在南卡罗来纳州的场地，由于低放射性废水排放点远离主要河流，环境稀释效果较差，导致地表水中碘-129浓度显著高于其他地区。这一发现为核废料处置设计提供了重要启示：不当的处置方式可能导致污染物局部浓度升高，对当地社区构成潜在威胁。
Wainwright教授指出："我们想要量化环境因素和稀释效应的影响，在这种情况下，稀释对浓度的影响大于排放量本身。有人可能会用我们的结果来说明稀释仍然有效：它降低了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升高。这提供了一个警示故事，表明处置可能导致污染物集中，应精心设计以保护当地社区。"
政策启示与未来方向
Wainwright教授强调，她的研究并非旨在劝阻各国进行核燃料后处理。事实上，像日本等国家计划在处理乏燃料时增加过滤技术以捕获碘-129。根据美国法规，含有碘-129的过滤器可作为低放射性废料处置。
"由于碘-129是一种内部致癌物，没有强烈的穿透辐射，浅层地下处置与其他危险废物处置方式相符，"Wainwright解释道。"自1960年代以来的环境保护历史是从废物倾倒和排放转向隔离。但仍有行业向空气和水中排放废物。我们看到这些排放最终往往在我们的日常生活中引发问题——如二氧化碳、汞、PFAS等，特别是当存在多种排放源或发生生物累积时。核能领域自1950年代以来一直在废物隔离策略和技术方面处于领先地位。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，可能会鼓励那些环境标准低得多的行业。"
研究方法与数据来源
这项研究通过结合当前和前处理厂的数据、处置库评估模型和模拟，计算了三种不同废物管理策略下的碘-129释放情况。研究人员将环境影响定义为人类可能接触到的碘-129释放量及其在地表水中的浓度，并按照1吉瓦发电厂一年内产生的总发电量来衡量碘-129释放量（表示为kg/GWe.y）。
研究得到了麻省理工学院气候快速推进教师基金和美国能源部的支持，相关论文已发表在《自然-可持续性》期刊上。这项研究不仅提供了碘-129管理的全面视角，还为全球核废料管理政策的制定提供了科学依据，强调了长期环境风险与短期排放策略之间的权衡。
结论
核废料管理是一个复杂的系统工程，涉及技术、环境、政策和社会经济等多重因素。碘-129作为核废料中风险最高的成分之一，其处置方式直接影响人类健康和生态环境。美国深地质处置方式虽然在短期内成本较高，但能最大程度降低长期环境风险；而法国的稀释排放方式虽然成本较低，但可能导致放射性物质在全球范围内的广泛分布。
随着核能技术的不断发展，更高效的碘-129捕获和处置技术将为核废料管理提供更多选择。然而，无论采用何种技术，都应坚持"隔离优先"的原则，将放射性物质与生物圈长期隔离，最大限度保护人类健康和生态环境。同时，各国应根据自身国情和技术能力，制定适合的核废料管理策略，并加强国际合作，共同应对核废料管理的全球挑战。
