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美国及俄罗斯核设施引起的污染概况D.J.Bradley美国太平洋西北实验室一、引言在过去的50年中，俄罗斯和美国制造的核武器数量占全球的大部分，与此同时，他们还产生了全球最多的放射性核废物。虽然其中的部分废物可以衰变到不明显的放射性水平，但仍有大量的核废物需要被排放到环境中去。在每个国家，主要的污染地区都位于或邻近于那些制造武器用核材料的工厂，在美国，这些地点位于汉福德（美国华盛顿州南部原子能研究重要中心）、SavannahRiver以及OakRidge等地，在俄罗斯相应的地点位于Mayak、托木斯克（西西伯利亚东南部城市）-7、Krasnoyarsk-26，所有的地点都位于西伯利亚的西部地区。对核乏燃料做再处理时，主要是为了提取铀和钚等，用于生产新的燃料，或用于国防。这个过程，会产生放射性水平高低不等的废物。由于异常事件或计划中的排放而造成的环境污染是这两个国家最主要的污染。俄罗斯国内的三座生产核燃料的再处理厂所产生的污染还给俄罗斯带来了一些其他污染问题，这一点与世界其他国家的情况相类似，最具代表性的实例就是在托木斯克-7、Krasnoyarsk-26以及Dimitrovgrad地区将放射性核废物注入深为300~1000米的深井中，在托木斯克-7、Krasnoyarsk-26的地底下已经形成了16亿Ci的放射性，而现在仍然继续向地底下加注放射性核废物。另外还有数千亿Ci的放射性被排放到Mayak和托木斯克-7地区的地表水体中。现在已经启动了相关的研究，其中包括针对污染扩散和对人类及环境所造成的潜在威胁的研究。本文简要比较了美国和俄罗斯的武器系统，并且对两个国家向环境释放的放射性进行了相应的探讨。幸运的是，过去50年中所得到的技术、数据、模型和科学经验都是被美国的DOE和俄罗斯的MINATOM共享的，这就构成了一种新的两国之间的环境合作。二、俄罗斯与美国核武器概况俄罗斯继续集中精力搞封闭式的核燃料循环，在Mayak对商用核废物进行再处理，在托木斯克-7和Krasnoyarsk-26对多用途反应堆产生的核废物进行处理。俄罗斯和美国最明显的区别就是美国从1988年就停止使用生产堆和再处理场［1］，而由于缺少可以替代的能源，俄罗斯计划继续使用多用途反应堆来为居民供热和供电。所有与核燃料循环相关的以及利用放射性材料生产一些放射性材料的活动，几乎全部都会产生低放射水平以及一些中等放射水平的废物。对放射性废物进行后处理是产生高放射水平的主要活动，在核燃料再循环过程中产生的大部分放射性材料都属于低放射水平的废物（如进行U矿开掘和处理的过程），而高放射水平的液体废物是在放射性废物处理以及随后分离铀和钚（它们含有大部分的放射性）的过程中产生的。因此，即使向环境释放少量的高水平放射性废物也会给环境和人类带来很大的威胁。图1所示的是对核燃料再循环以及放射性废物产生的一个简化图。三、放射性物质的环境释放在核燃料循环的第一步中，铀矿的开采和冶炼会给环境带来很大的危害，这些工序产生了大量的废物并且都被不加防护地搁置在环境中。1990年，苏联积累了将近5×109吨的冶炼渣，2000年，俄罗斯为了将这些冶炼渣盖住，在冶炼渣上面铺了将近1.5米厚的土，然后再在表面种上草［2］。在苏联由铀矿开采和冶炼产生的总的污染面积约为600平方公里［3］，这些冶炼渣的放射性总量为600000Ci［4］。美国的冶炼渣的放射性总量为500000Ci［1］，美国的冶炼渣所在地需要通过DOEUMTRA进行净化，在被UMTRA标记下的所有24个地区中，将近有4平方公里的污染区域［5］，其中有13个地区于1994年12月完成了净化工作。1986年，环保机构对冶炼渣的222Ra颁布了最终规定，冶炼厂可以用6年的时间来逐渐停止使用现有的炼渣堆，新的炼渣堆的堆放面积必须小于0.4平方公里，并且在任何时候都不能有多于10公顷的炼渣裸露在外［6］。美国使用了一种用来处理炼渣的方法，即将这些炼渣运往掩埋地的多层屏蔽层内进行掩埋处理。该掩埋地是按照减少氡的辐射、阻止水的渗入、提供防腐蚀隔离的要求建造的。考虑到由反应堆运行过程而产生的排放，有一个事件增强了公众对放射性污染的认识，那就是发生在1986年4月的乌克兰切尔诺贝利4号组的核事故。该事件给环境带来了很严重的污染，并对人类健康造成了很大的危害。由切尔诺贝利核事故释放到环境中的放射性远远小于由俄罗斯生产堆和废物再处理工厂释放的放射性。切尔诺贝利核事故约向环境中释放了8000万Ci［7］，经过衰减修正计算之后得到的剩余放射性约为170万Ci［1］。就在近期，全世界都聚焦到俄罗斯身上，因为它向大西洋和太平洋排放了大量的从核潜艇和破冰船的反应堆中排出的放射性废物。在这种情况下，表面上绝大多数放射性都被限制在相对坚固的容器中（其中就包括充满糠醛的反应堆装置