Get best of the week

玻璃噩梦：清洗汉福德冷战核遗产

三十年来，科学家们在汉福德综合大楼清洗了177个巨大的放射性泥浆箱。这项工作才刚刚开始。



第二次世界大战和冷战期间，位于华盛顿南部的汉福德工厂生产了武器级p。汉福德机智工厂旨在清理这种核废料中的废物。

这个地方用最高级来描述。记者称它为西半球污染最严重的地方。这个网站上还有世界上最大的建筑项目之一。华盛顿州南部

的汉福德工地在沙质土壤下埋没了177个巨型储罐，到了充满放射性残留物的边缘，已有 44年的放射性物质生产历史。自第二次世界大战以来以及整个冷战以来，HF一直在生产producing，并从中产生了60,000多个核装药，其中包括原子弹。1945年8月长崎灭绝。不断增长的产量最终污染了土壤和地下水，留下了2.12亿升有毒废物-足以填满85个奥运会规格的水池。几十年来，该综合设施一直未生产p，美国政府仍然不知道如何清洁该地区。



如今，它是一个复杂的建筑，面积为1,500 km 2，大约是罗德岛的一半[或相当于圣彼得堡/约[trans。]，是位于Wash湾Richland附近充满艾草和稀有草的田地。地下钢罐和钢筋混凝土罐被分组为“农场”，位于中部平原下方，被封存的核反应堆像哨兵一样包围着它们。科学家们已经在这些水箱中发现了1800种不同的污染物，包括p，铀，铯，铝，碘和汞。像花生酱一样厚的所有食物和盐饼，都被水淹没了，让人想起海滩上的湿沙。



所有这些浪费都来自积极的战争时期和冷战创新。自1943年以来，汉福德的专家们就率先开发出安全的工业方法，用于化学分离of和辐照铀。他们最初的磷酸铋制造工艺生产出了冰球大小的p“丸”，然后由它们制成核芯，并于1945年被用于在新墨西哥州测试Trinity原子弹，然后被美国人投到长崎的炸弹中。经过多年的发展，专家们提出了五个不同的过程，最终形成了纯过程（p铀萃取，PUREX），该过程已成为处理核燃料的全球标准。

每种方法都会产生自己的废物，将其存储在加工现场，然后泵入地下存储设施。多年后，当一些旧的单壁储罐开始泄漏时，工人将液体泵入了新的，更可靠的双壁储罐中。当混合不同的废物时，会发生不同的化学反应，结果，每个槽中都充满了自己的液体，固体和污泥的复杂混合物。

结果，在1987年，汉福德工厂停止生产p时，致命的化学药品，金属酿造物和持久的放射性核素被储存起来。在177辆坦克中，没有成对的装有相同混合物的坦克，但它们对公众都构成了重大风险。复杂的边界哥伦比亚河为当地的马铃薯田和葡萄园供水，是鲑鱼的繁殖地，并为数百万人提供了饮用水。到目前为止，约有400万升液体从老化和生锈的油箱中泄漏出来。一些专家认为，迟早会有更多的废物从那里泄漏。经营Hanford工厂

的美国能源部（DOE）数十年来一直在尝试进行加工和玻璃化玻璃化废物用于安全存储。玻璃化是一种经过时间检验的方法，可以通过将放射性废物转化为玻璃块来固定化。封装在这种壳体中的有害放射性核素无法到达河流或地下水。为了提高绝缘性，大多数放射性块都放置在钢中然后，将这些容器存放在干燥且地质稳定的地下仓库中。玻璃化工厂已经建成，并在比利时，法国，德国，俄罗斯，英国和美国成功运营。


177 208 000 3,8 .

212 — , 85 .

149 , 1943 1964, 28 , 1968 1986.

但是，汉福德大学的废物在成分和数量上与全球同行相比是独一无二的。在将它们变成玻璃之前，工作人员首先需要了解每个罐中的确切内容，然后为每批生产玻璃制定公式。

这是一项艰巨的任务-仅代表世界上最大的工程项目的一个方面。所有工作的中心都是几家大型企业，总名称为“废物维护和清除工厂”，或汉福德维特工厂（源自“玻璃化”），占地25公顷。今天，根据DOE的估算，要完成工厂的建设，这就是Bechtel National公司以及少数承包商，将需要168亿美元。虽然科学家们不知道汉福德的存储设施中所包含的废物，承包商正在为新建筑物供电，但整个项目笼罩着问题-从大量的过高估计，严重的建筑错误到最后期限。汉福德建筑群急匆匆地诞生，是在第二次世界大战的激烈环境下建造的，它正慢慢地蜿蜒曲折地驶向一条躲藏在某个地方的终点线。

“汉福德是一个独特的项目，” 太平洋国家西北实验室（PNNL）玻璃过渡项目经理Will Eaton说）里奇兰能源部。 “我们已经在许多细节上进行了工作，以确保最大程度地获得真正有效的成功。因为这个项目很长。” “我的目​​标是在退休之前经营这家工厂，”现年53岁的伊顿补充道。

我于2019年7月来到伊顿，以更好地了解这个具有挑战性的玻璃化项目所面临的许多挑战。我在PNNL校园的阳光灿烂的日子遇到了他，该校园坐落在绿树成荫的绿洲中，绿树成荫，草原长满小灌木丛。汉福德从街对面开始，一直延伸到Ratlesnake山的平坦山脊。

伊顿持有一艘直径13厘米的透明有机玻璃容器.2018年5月，他的团队使用了类似的容器来盛装来自两个汉福德储罐的11升废物。为了安全起见，实验是在放射性同位素蒸气的覆盖下进行的。到目前为止，这些水箱包含了汉福德玻璃化废物的最大样本-这是经过三十年的工作和数十亿美元的花费。它只能玻璃化211999989升。

1.战车



40 177 . , .


.


, . , 60 $550 .

与伊顿见面后，我去了汉福德。 DOE不允许个别记者访问vit工厂，因此我选择了最接近的选项-我随同公众参观处理厂。我们和十几名乘客一起预订了空调巴士，其中大部分都像一个荒凉的公园。远处耸立着高耸的山脉，被古老的河流切断。鹿群在一所废弃学校附近的纺锤形树下寻找阴影。

视线不适当，但明亮。 1943年，作为曼哈顿计划的一部分，美国政府将包括怀特布拉夫斯（White Bluffs）和汉福德（Hanford）在内的广大领土收归国有，以便在该地点建造核武器综合体。政府下令1500户家庭离开他们的农场和城市，美国原住民被禁止参观圣地，在那里从事钓鱼，打猎和各种仪式。在这个地方的西边，Vanapum部落仍然生活在附近的社区中。

公共汽车爬到了中央高原，广阔的自由地区被嗡嗡的叉车，头盔和树林中的建筑物所取代。我们的向导指出，他的侄子曾在这里当过焊工，总共有2800名建筑工人。

机智工厂（来自“玻璃化”）是由美国能源部，美国环境保护署和华盛顿州环境部签订的1989年全面协议的结果。该工程于2002年开始建设，本应于2011年结束，耗资43亿美元，但是很快出现了一些严重的不可预见的问题，包括管道和辅助罐中氢气的危险蓄积，与ventilation气和其他排放气体一起使用时通风不足在放射性废物的衰变中。施工成本飞涨，时限已经过去。

如今，vit工厂是一个位于小城市广场上的建筑群。它的56个系统需要一个可为2250座房屋供电的电网。水冷却系统可以冷却23,500户家庭中的空气。柴油将装入130万升的油箱中，一次可充满19,000辆汽车。


一些单壁水箱已经将400万公升的废物泄漏到其周围的土壤和地下水中。

即使完成了vit工厂的建设，废物处理本身也将花费数十年。在报告中 从2019年开始，汉福德综合体的成本，时间框架和生命周期方面，能源部估计汉福德的玻璃过渡和废物处理过程将耗资5500亿美元，并将耗时60年。

根据计划，废物应通过地下管道流入大型预处理车间。该车间最终应为12层高，尽管在我的旅行中，只有一个金属结构的轮廓在其位置上被炫耀，黄色的起重机在其上冻结而没有移动。在密闭的储罐内部，脉冲喷射混合器的工作方式类似于移液器，将吸入废物并高速喷射，从而使储罐中的所有内容物混合在一起，并且固体颗粒不会沉降。离子交换厂将去除放射性高的同位素，将废物流分为两组。伊顿说，放射性高的废物约占总量的10％，但它们却占辐射的90％。剩余的废物被认为是放射性低的废物，并且含有很少的放射性核素。

不同的物流将被送往适当的玻璃过渡车间，以处理高放射性和低放射性废物。在这两个车间中，技术人员将废料与硅和其他形成玻璃的材料混合，然后将其全部倒入带有陶瓷壁的熔炉中。浸入其中的电极将把冶炼厂加热到接近1150°C，将这种混合物变成鲜红色的熔融玻璃块。放射性低的废物将倒入不锈钢容器中，在其中进行冷却和固化，变成长2.3 m，直径1.2 m的“原木”，放射性高的废物将倒入更长，​​更细的长4的罐中。相同材料的直径为4 m，直径为0.6 m。

包括蒸汽和氮氧化物在内的气体将通过冶炼厂盖子上的喷嘴逸出，在那里将被收集并清除放射性同位素，以防止污染物进入环境。

每年，在装有放射性低的材料的钢壳中，多达1000个这样的“原木”会离开车间，然后掉入不远处的地面。该综合大楼还将设有一个分析实验室，该实验室将每年检查3,000个低活度的玻璃样品，以确保玻璃化废物符合法规要求。

高级别废物处理车间的建设完成后，每年将不得不发行640罐。高活性的玻璃化废料被认为太危险了，即使将其存放在钢罐中也无法存储在此处。相反，它们将被运输到一个不确定的地方。根据原始计划，建议将这些废物存储在深层的地质存储库中，例如尤卡山存储库，早已计划完成，但仍然不能完成。该存储设施的建设始于1994年，但在奥巴马政府执政期间由于内华达州的政界人士，美洲印第安人团体，环保主义者等的强烈抵抗而被冻结。特朗普在总统任职初期解冻了建筑，最近改变了主意。迄今为止，还没有计划在美国任何地方建立深度存储。

同时，汉福德的专家们正在考虑如何大幅度减少他们必须生产和储存的玻璃瓶的数量。18年前，当建筑商开始在vit工厂工作时，研究人员开发了一种技术，通过这种技术，每个玻璃原木中所含废物的比例不会超过10％，其余部分将由形成玻璃的材料构成。PNNL团队对各种公式进行了建模，发现它可以使废物含量增加一倍，达到20％，这尤其要归功于新方法可以在其中存储更多的铝，铬和其他化学物质。这可以将需要在汉福德生产和存储的玻璃“原木”数量减少一半。

2.玻璃化




要处理放射性废物，有必要将其“玻璃化”为玻璃块，然后将其安全存储。在世界其他地方，玻璃化已成功用于固定核废料。但是汉福德的浪费是如此复杂和多样，以至于每一批科学家都必须提出自己独特的“食谱”。结果，决定将封闭在不锈钢外壳中的玻璃化的低级废料桶直接存储在汉福德园区内。高活性废物将被运送到尚未选择的其他地方。


1.在预处理车间，废物分为两部分。
2.废物与硅和其他玻璃形成物质混合。
3. , .
4. , .
5. .
6. . .

公共汽车沿着蜿蜒的道路穿过汉福德综合体，我们看到了肮脏的秃头，这些秃头的地方标志着buildings生产期间建筑物的立足之处。现在，他们的碎片被埋在一个巨大的垃圾填埋场中，该垃圾填埋场储存了超过1600万吨的低放射性，有害和混合废物。汉福德在公交车上的员工指向沿路蜿蜒的黑色管道。在其中，污水被从哥伦比亚河转移到中央加工厂。

在p生产的鼎盛时期，工人向与土壤接壤的垃圾填埋场倾倒了约1.7万亿升液体废物。所有这些都变成了地下大量的有毒化学物质，其中还包括六价铬和六价铬等致癌化合物。四氯化碳。结果，这些物质渗透到地下水中。如今，六个地下泵送系统以液压方式将污染物推向第200个西部地下水处理厂，这是一个充满银管和高灰色生物反应器的大型地下空间。该工厂的运营商CH2M Hill（今天由Jacobs Engineering Group拥有）表示，它每年可提供76亿升地下水。 2019年9月，工人们清除了高放射性液态泥浆的残留物，这些泥浆被存放在河边的水下容器中。

我们的旅行结束了，公共汽车回到了尘土飞扬的高原，经过了带有炸玉米饼和俏皮标志的卡车：“还有沉淀物吗？和我们一起！”

美国能源部声称，低活性物质玻璃化车间，分析实验室以及Vit工厂的大多数辅助建筑的建设“几乎已完成”。但是，预处理车间的工作被“禁止了”-汉福德的专家正试图处理与废物分离和处理以及工厂设备的估计寿命有关的技术问题。 2016年底，官员们还决定推迟建设高活性物质玻璃化工厂，以集中精力处理低含量废物。

为了寻求解决低放废物问题的方法，美国能源部最近决定完全放弃预处理车间。取而代之的是，将废液泵入靠近储罐的小型系统中。该系统将滤出大块固体并去除放射性铯。后者的半衰期相对较短，但同时会发射大量的伽马射线，这对组织有害，因此被认为是废物中所有放射性核素中最危险的。然后，液体将直接进入低含量废物的玻璃化转变工厂。单独的液体废物处理厂将处理玻璃熔融装置和副产品气体处理系统产生的废物。

负责水箱清洁任务的美国能源部河流保护处表示，它正准备最早于2022年开始处理低放废物。为为此活动做准备，2019年5月，汉福德的工人开始安装两个每个145吨的高废液罐。

去年8月，美国能源部和Bechtel National的官员宣布将工厂处理低放射性废物的工厂扩建为1860 m 2。大楼内设有一个控制中心和一个操作中心，工人将在其中进行流程和试验。

Vit工厂项目总监Valery McCain在剪彩仪式上说：“我们正在着手从低放废物生产玻璃。”

没有人知道汉福德何时会开始处理高放废物。美国能源部表示，已经解决了拖延施工的技术问题，但“完全不确切”何时完成并启动了用于高放废物的预处理和玻璃过渡车间。这完全取决于许多变量，包括政府资金，承包商的效率以及技术进步的速度。环保部在9月警告华盛顿官员，他们“严重”有可能中断到2033年处理高放废物的期限，并于2036年全面启动工厂。该期限由能源部，华盛顿州和其他有关方面达成的协议确定。

同时，DOE正在探索处理部分废物的替代方法，包括用水泥等砂浆填充储罐，以将废物固定在现场。官员们已经考虑过这种策略，但最终他们决定将玻璃化转变为最安全，最有保证的方法。

3.该项目正在开发中



这个耗资168亿美元的汉福德·惠特工厂预计将分离和处理2.12亿升放射性废物。它建于2002年，迄今尚未开始处理任何废物。


冶炼厂会将低水平的废料，硅和其他玻璃形成物质加热到1150°C。


低级废玻璃过渡设施将处理汉福德约90％的废物。

监管者和激进主义者对重新回到“玻璃与水泥”之争的需求感到恼火，尤其是考虑到要建造一个玻璃工厂需要做更多的事情。华盛顿州环境部核废料管理计划经理亚历克斯·史密斯（Alex Smith）说：“让人觉得自己像是在撞墙撞墙，无法实现目标，这并不容易。”

今天大多数在建筑工地工作的人看不到建筑群的最终结果，这是一种惯性感。今天的40岁的清洁工作将在2078年结束，届时将是100岁。

“很容易说：这有什么区别？当这个决定的后果开始时，您将不会在这里，”史密斯补充道。 “对于我们的员工，DOE员工以及长期在汉福德工作的人来说，这是一个严重的问题。”

为了使人们意识到建筑群的使命，史密斯系通过社交网络和学校讲座更积极地与社区进行交流。她说，即使大多数美国纳税人从未听说过该项目，公众对情况的理解对于确保立法者提供不间断资金也是至关重要的。废物可以储存在华盛顿州，但这是联邦政府采取行动的结果，该联邦政府已开始通过生产核武器来保护整个国家。汉福德专家小组

主席苏珊·莱克班德（Susan Lekband）同意：“我们认为这是一次全国性的清洗。”。该委员会向监管机构和政府部门提供咨询，包括当地专家，汉福德现任和前任员工，俄勒冈州邻国的代表以及三个部落委员会的成员：内兹·皮尔斯部落，耶卡马民族和联合乌马蒂拉印第安人保留部落。

Lekband承认，华盛顿以外的人并不总是同意该委员会的观点。她说：“他们有自己的问题。” “我了解他们。”资金不是无限的。”她担心越来越多的人希望推行“更快，更便宜”的清洁计划，而不是采用“质量和长期”的方法。

约翰·维也纳是太平洋西北国家实验室的材料科学家，给了我一块闪亮的矩形玻璃。他说，生锈的橘红色条纹是铁，充满了汉福德的高级废物。维也纳团队分析了大量材料，以了解它们在玻璃内部的行为。在实验室中，金属罐的某些部分显示出类似玻璃黑曜石的东西，其中包含模仿高活性废物的物质。绿色翡翠玻璃碎片包含低活性物质的模拟器。

Vienne解释说，污染物不会像玻璃瓶中的啤酒那样溅入玻璃内部。他说，它们成为“瓶子”本身的一部分，与玻璃形成原子键，这种原子键将一直保留到玻璃溶解为止，这在未来的一百万年中不会发生。到那时，令人不快的放射性核素将已经衰减到相对无害的水平。


里奇兰（Richland）太平洋西北国家实验室的研究员约翰·维恩（John Vienne）持有的水和化学物质的放射性混合物模仿了高活性废物。


化学样品

对于每种废物，两种废物的处理都具有挑战性。高放废物中含有大量“冷物质”，例如铝，这些物质在p生产效率较低的阶段使用，并且不易溶于玻璃。低含量废物主要由钠盐组成，这会降低玻璃的强度。在玻璃配方中，必须考虑这些困难。

来自广泛的PNNL校园的科学家们已经进行了超过半个世纪的玻璃过渡研究。在1970年代，实验室在高层和底层废物处理车间的正中心开发了用于陶瓷冶炼厂的这项技术。在美国的其他地方以及日本和欧洲的一些工厂中，该技术被用于本地核废料的玻璃转化。企业于1996年开始进行玻璃过渡南卡罗来纳州的萨凡纳河是另一家p工厂，目前拥有处置设施，可处理1.33亿升液体放射性废物。到目前为止，只有不到一半的废物在那里得到处理。在纽约州布法罗附近的西谷项目中，能源部对所有230万升废物进行了玻璃化，然后拆除了该设施。

与汉福德相比，浪费少了，而且更加均匀。从事该项目及其他项目的维也纳说，多年来，在西谷，科学家们开发出一种可用于处理所有废物的通用配方。鉴于汉福德2.12亿升垃圾的巨大数量和复杂性，专家们不得不采取不同的方法。

PNNL的研究人员正在基于实际的储罐废物，类似的化学模拟器和实验室测试创建计算模型。在干净的房间里他们研究了玻璃样品如何受到极高和极低的温度以及水的影响，以确保玻璃破裂得足够缓慢，以等待放射性危害。为了了解玻璃是如何随着时间的流逝而受到影响的，他们研究了古代玻璃的结构，包括2至400万年历史的冰岛玻璃玄武岩碎片以及1800年前在亚得里亚海沉船中发现的一碗。所有这些都是为了使玻璃工厂开始运转时，专家们可以在物质混合物进入冶炼厂之前即时调整玻璃成分。维也纳团队负责建模，这将帮助汉福德工厂将玻璃原木中的废物数量增加一倍。

PNNL的材料科学家Sharmain Lonergan 说：“我们团队的一部分工作是探索我们能在多大程度上超越可能的极限。” “此过程有助于减少所有废物的处理时间。此外，我们可以设法减少成本，工期，人工成本，资源和车间数量。”

但是，手表在滴答作响，vit工厂仍然笼罩着不确定的气氛。 DOE倾向于将部分核废料的分类更改为危险程度较小的分类，这将免除汉福德（Hanford）储罐中部分废料的玻璃化转变，

特别是在2019年6月，该部表示将改变汉福德，萨凡纳河和爱达荷州国家实验室的墓地“高放废物”定义的解释。传统上，在高放射性核燃料的后处理过程中释放的所有副产物也被认为是极其危险的，应将其掩埋在深层的地质处置库中。所有汉福德废料（在预处理之前）都属于此类。该部希望不根据废物的来源，而是根据其化学成分将废物分类。

根据燃料加工废料的修订定义，如果其中的放射性浓度足够低，则有可能考虑“低放射性废料”。例如，对于铯137，此阈值将为每立方米4600 Ci（1.7×10 14 Bq）。

根据新的解释，低水平的废料不必经过Hanford复杂的预处理和玻璃转化车间。可以将它们部分地转变为液体溶液，然后带到德克萨斯州的私人仓库中。在其他情况下，汉福德工人将能够像在萨凡纳河中的七个地下储罐一样，将这种解决方案直接倒入储罐中。

该策略的官员和其他支持者说，这些步骤可以大大减少汉福德综合废物处理的时间和成本。 PNNL和其他五个国家实验室由于其技术优势而积极倡导新的解释。

能源部副部长保罗·杜巴（Paul M. Dubbar）告诉记者，该部将“分析每种废物流，并按照核监管委员会的标准对其进行处理，以便在不危害公众的情况下消除低水平的废物。”他说，每个属于低放废物定义的储罐将根据国家环境政策法进行环境研究。

对该方法的批评者，包括华盛顿州州长杰伊·英斯利（Jay Insley）和美国环境部，均表示重新分类将危害环境安全，并赋予能源部对清理任务的唯一控制权。在致美国能源部的一封信中，雅卡马民族的领导人表示担心，这些变化将导致该地区更大的污染并“降低清洁标准”。

这场讨论清楚地表明，面对汉福德的有毒遗产，官员，监管者，激进主义者和公民必须面对不断的盘算。应从仍在出生前数十年或数千年的人们的安全和福祉的角度，评估旨在加快清洁工作的政策变化。人们从国会拨款有限且经常下降的角度看待废物处理方法。科学结果并非凭空存在-它们是根据政治动机，舆论和商业利益来解释的。

汉福德（Hanford）专家小组主席莱克班德（Lekband）表示，从长远来看，这很重要。“我们的口头禅是尽可能获得最佳清洁效果。“为了公众，为了买单的人们，他们将在西北太平洋地区乃至整个美国喝水，呼吸空气，吃蔬菜，” Lekband说。“这不仅需要为我们，而且还需要为子孙后代。”

More articles:


All Articles