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輻射防護

二十萬年如一日看管核廢料

關鍵詞:核廢料 網址:www.ebywdx.live 日期:2016/11/2 9:11:12

還沒有過去的2016年又一次被稱作了“史上最熱年”,截止8月,已經連續16個月刷新了地球的高溫紀錄。這么熱的天氣,難免引起科學家們對冰川融化以及海平面上升的擔憂,于是一切又回到了一個老問題——如何控制溫室氣體。


除了不斷涌現并且五花八門的“固碳”方法外,尋找替代石化燃料的新能源也是一條必循之路。讓人又愛又怕的核能則始終是其中一個選項。除了零排放、占地小和效率高等有點外,核能(裂變能)最為人詬病的無非是安全性和核廢料。


關于核廢料,目前采取的主要方法是深埋,而考慮到核廢料超長的半衰期(最長的元素超過20萬年),以及現有建筑材料相對較低的壽命,公眾的擔心也不無道理。


近日,瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究人員可能找到了一條全新的核廢料看管途徑。他們發現,某些自然存在的細菌可以消耗核廢料庫中可能造成危險的氫氣,而這將會有助于我們更好地處置核廢料。


EPFL的科學家們發現了一個在核廢料處置領域意想不到的盟友——細菌。他們研究的主要對象是一種由7種細菌組成的菌落,自然條件下這些細菌在地下數百米的巖層中生存,而這些巖層恰恰就是瑞士核廢料的填埋處。


他們發現,只需簡單調整一下核廢料庫的設計就能使這些細菌化敵為友,它們可以消耗積聚在鋼罐上的氫氣使其安全性增加。因為如果不對這些氫氣加以控制,累積的氣體壓力具有破壞主體巖石完整性而造成核泄漏的隱患。這項研究成果于今年10月14日發表在《Nature Communications》雜志上。


核廢料的放射性需要大約20萬年才能恢復到正常水平——自然界中天然存在的鈾的放射水平。因此,以往大多數關于如何長期又安全地處置核廢料的研究都著眼于地質學,即尋找合適的掩埋巖層。然而,所有以往研究都忽略了一個關鍵因素,這也是本項研究的著眼點:生物學。


地下的生命


細菌隨處可見,甚至是在數百米的地下。根據該研究論文的通訊作者里茲蘭˙伯尼爾˙拉特瑪尼(Rizlan Bernier-Latmani)的說法,這些細菌會饑不擇食地撲向任何可用的能源。


“在泰利山巖石實驗室(Mont TerriRock Laboratory)地下300米的水樣中,我們發現了一個有著封閉食物鏈的菌群,其中有許多未曾謀面的細菌。原始條件下,位于該菌落食物鏈底部的細菌從主體巖石中的氫和硫酸鹽中獲取能量,在這基礎上,這些底層細菌又為食物鏈中更高級的細菌提供了能量。”拉特瑪尼這樣解釋此菌落的生存模式。


深埋在500米地下的核廢料


然而核廢料的加入,改變了這種狀況。儲存核廢料的鋼罐要被玻璃化并密封,再用一層厚厚的自密封膨潤土包圍,埋在數百米地下——地質穩定的硬泥巖層(Opalinus Clay),放射性廢料與周圍環境隔絕。但是鋼罐不可避免地會被腐蝕,這就導致了氫氣的產生。


不間斷地減壓


5年前,拉特瑪尼的團隊第一次在核廢料處理領域提出他們的假設,并于兩年前付諸實踐。“我們增加泰利山硬泥巖層中心區域的氫氣含量,然后通過生物化學途徑和蛋白質監測分析菌落的組成,以及它們各自對氫氣含量變化所作出的響應。”


累積的氫氣會升高壓力,使巖層產生裂縫,最終導致核泄漏。


一旦細菌耗光了所有可用的氧和鐵,研究人員就會測量到細菌數量和新陳代謝的變化,這些都是由于它們利用了氫氣所致。拉特瑪尼解釋說:“能夠利用氫氣驅動其代謝的兩種細菌蓬勃發展,而其他種類則被這兩種細菌的生長所壓制。這是個好消息,因為這說明了菌落的增殖有助于防止氫氣的積聚。”


核廢料的生物屏障


那么,如何使用這些發現來使核廢料堆放倉庫更安全呢?拉特瑪尼建議在原有的三個核廢料屏障基礎上增加第四個屏障——生物屏障。“我們可以在膨潤土和主體巖石之間添加一層多孔材料,這種多孔層將為細菌提供一個理想的棲息地,使其可以從宿主巖石中提取硫酸鹽,并消耗氫氣。”


但是有一個問題仍然困擾著研究者:對這種菌落的基因組研究發現消耗氫氣并不是這些微生物所做的全部——它們還具有將氫氣轉化為甲烷的能力,這是他們不希望看到的。“半年多以來,我們一直在泰利山的實驗室觀察這些細菌是否真的會生成甲烷,目前還沒有得出確切結論。”

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