放射性廢料

放射性廢料是指含有放射性物質的廢料，一般在如核裂變一類的核反應中產生。事實上，一些與核工業沒有直接關聯的產業在生產過程中也會排放出一定量的放射性廢料。放射性廢料通常按其輻射量的強弱以及核種半衰期的長短來分類，各國有不同的分類方式。常見的類別有高放射性廢物 (HLW)、低放射性廢物 (LLW)、中放射性廢棄物 (ILW)、TRUW 等等。其中輻射量大、大量衰變熱，而且半衰期長的核廢料會列為高階核廢料，此外，核廢料可以提煉，再做細分類仍可回收使用，例如一些核廢料能用於製造放射性同位素熱電機的燃料，具有極高價值。

一般來說，物質的放射性會隨時間的推移而減弱，所以原則上所有放射性廢料都可以與外界隔絕一段時間，達到使其不再能引起危害的目的。醫用放射性物質或工業放射性物質的封存時間一般為數小時至數年就會衰變完畢，而無用處的核廢料則需要封藏上千年，故放射性核廢料目前可行的處置就是地質處置。其他處置或再利用方式是目前熱門的科技研發主題。至於像車諾比核電廠、福島第一核電廠的廢棄爐心，當前無法地質處置，那會想辦法遮蔽封裝起來。

作為聯合國國際原子能機構的《乏燃料管理安全和放射性廢料管理安全聯合公約》章程的一部分，簽署協議的大部分發達國家放射性核廢料的儲量及處理辦法的概要會定期地公佈並被進行評審。

基本性質

放射性廢料都含有放射性同位素 —— 一類因原子核的不穩定而容易發生衰變的元素，它們以不同形式、不同強弱進行持續時間長短不同的衰變。衰變中產生的電離輻射不論對人類生命健康還是對自然環境都會造成一定傷害。

1.1 物理性質

放射性廢料中的所有放射性同位素都有各自的半衰期（使自身的一半衰變為其他物質所需要的時間），最終放射性廢料會衰變成完全不具放射性的物質。某些乏燃料中的放射性元素（如鈽 - 239）在自然放置上千年後對人類及其他生命仍然有害，另外，甚至還存在上百萬年都不能衰變完全的同位素。因此，這些廢料必須被封存幾個世紀並與自然環境隔離更長時間。某些元素具有較短的半衰期（如碘 - 131 的半衰期約為 8 天），所以相對於其他放射性元素而言，它們造成的危害較小，不過它們在衰變初期由於衰變急劇，其實更加活躍、危險。右側的兩張表給出了幾種主要的放射性同位素的資料，包含它們各自的半衰期和它們作為鈾 - 235 的裂變產物的裂變產物產量。

一種同位素衰變得越快，它的放射性越強。某種純的放射性物質的危險程度是由它衰變產生的輻射種類與能量等重要因素界定的，而這種物質的活潑性、擴散入環境及被生物吸收的難易程度則由它的化學性質決定。對於許多不能很快衰變至較穩定的狀態，而是繼續產生放射性衰變產物或引起衰變鏈的放射性同位素，它們和自身的衰變產物的性質和影響更加複雜。

1.2 藥代動力學性質

暴露在高強度的放射性廢料的輻射中可能會導致嚴重損傷，甚至死亡。對成熟的動物進行輻照或其他能導致變異的處理（如化學療法中的細胞毒類腫瘤藥物治療，該藥物本身也是致癌物），可能導致該生物體患上癌症。經計算，5 西弗的輻射劑量對於人類已是致命。另外，一劑 0.1 西弗的輻射令人死亡的機率是 8‰，該機率隨單劑劑量每增加 0.1 西弗增加一倍。 電離輻射可能導致染色體片段的缺失。 如果一個發育中的有機體（如未出生的嬰兒）接受了輻射，可能會導致先天性畸形等先天性疾病，不過這些缺陷卻不會出現在同樣接受了輻照形成的配子或由配子融合形成的細胞中。由於人們對輻射誘變的機理尚不明確、不能以人類意志控制人工誘變的結果，所以由輻射導致的突變對人類的影響仍是不定向的（即不能預期它對人類的影響是利是弊）。

暴露在放射性同位素的輻射中的危險性取決於該放射性同位素的衰變形式及該放射性同位素所屬元素的藥物動力學性質（即該元素的代謝方式與代謝速度）。例如，雖然碘 - 131 是一種短壽命、並以 β、γ 兩種形式衰變的放射性同位素，但它卻因為會在甲狀腺中聚集而對生命體造成比一般以水溶性化合物形式存在的銫 - 137 更大的傷害（能溶解在水中的物質更易隨尿液排出）。同樣地，主要以 α 衰變的錒系元素（如鐳、鈾等），由於它們一般具有較長的生理學半衰期與較高的線效能量轉移值，所以也被認為對生命體有較大危害。因為在上述幾個方面的不同，放射性同位素能造成的生理學損傷較難簡單判斷。

處理放射性廢料

低放射性廢料要監測 300 年才可以確定其安全穩定性，可是有些核廢料是屬於高放射性廢料，因為其中有些放射性元素半衰期很長，就算監測 300 年也沒用。以鎝 - 99（半衰期 21.1 萬年）和碘 - 129（半衰期 1,570 萬年）為例，它們需要放置最少 3000 年才能有效地減低其放射性。而比它們更棘手的還有超鈾元素（比鈾重的放射性元素混合物）裡面的錼 - 237（半衰期 214.4 萬年）和鈽 - 239（半衰期 2.41 萬年）。

要妥善地處理這些核廢料需要到一定程度的技術和嚴密的監控，以隔除這些放射性廢料對生態和人類的威脅。其次就是訂制一個長期，穩定的管理方案包括貯存，處置或者把核廢料轉化成對環境無害的方式棄置 ，而世界各國政府正在考慮一系列的核廢料管理和處置方案，並在長遠的廢物管理方案上取得了一部分的進展。

3.1 低階核廢料處理作法

裝桶，淺層掩埋。

核電廠的雜物，醫院核子醫學裝置產生的廢棄物等等，輻射有限，基本上壓縮後裝桶，就可以隔絕輻射。然後做淺層掩埋或放入隧道，幾百年後放射性就與背景輻射相當了。

3.2 高階核廢料處理作法

按順序進行廠內水池冷卻，裝桶中期貯存，最終處置深埋。

廠內水池冷卻：核電廠使用後的乏燃料棒，仍然散發高熱，所以會先在核電廠中設定水池冷卻。水池由核電廠供電與注水保持水位與溫度。水池冷卻這階段可能要維持幾年。
裝桶中期貯存：有多種做法 (1) 水池貯存，移到場外另一個水池貯存，繼續冷卻。(2) 廠外乾貯：乏燃料棒經過幾年水池冷卻到一個程度，會裝桶隔絕輻射，移出核電廠，到室外或室內乾貯場，以流通空氣冷卻。乾貯這階段可能要維持幾十年。(3) 再處理後進行乾貯：乏燃料棒送去再處理，再處理產生的核廢料做玻璃化之後，運到乾貯場，以流通空氣冷卻，乾貯數十年到一百年。
最終處置深埋：冷卻到一個程度，即可深埋到地下深處。幾萬年都不用擔心了。有人擔心萬一洩漏之後不僅汙染地下水源更會汙染土地，但是這可以在選址的時候就避開有地下河川的地點。就算有地下河川，地下幾百公尺的水是不會往上流到地面的。

3.3 低階放射性廢料最終處置前的處理 (可選擇)

可以選擇做額外處理，再進行最終處置。但無法取代最終處置。

壓縮
焚燒
固化

3.4 高階放射性廢料最終處置前的處理 (可選擇)

乏燃料可以選擇做額外處理，再進行最終處置。但無法取代最終處置。

核廢料玻璃化

這是高階核廢料選擇性的作法，不做也可以，如美國就不做高階核廢料玻璃化。至於低階核廢料因為沒有大量降解熱，並沒有必要這樣做。 如果乏燃料做過再處理，那會產生液態的高階核廢料。要有效地長期儲存放射性廢液便要把它們轉換成一種穩定，長期不會降解（因為降解時會產生大量的崩解熱並使廢液沸騰，產生放射性氣體，增加儲存桶的壓力並發生洩漏。）和發生反應的方式儲存。而將之玻璃化就能做到這一點。 目前塞拉菲爾德已經開始採用這一種方式來儲存放射性廢液，首先把廢液與糖類物質混合後煅燒，而焙燒的目的就是要去除硝酸鹽和蒸發掉多餘的水份，以增加其穩定性。

煅燒後所產生的成品（成品 A）會被引入到一個充滿玻璃碎片的熔爐，之後便把尚未冷卻的液態混合物分批倒入圓形的不銹鋼容器內。當它們冷卻凝固時這些玻璃碎片把成品 A 結晶化成為一種高度防水（這樣就能防止它們滲漏）的放射性玻璃

不銹鋼容器填滿後便會被密封焊接，經過清潔和外部汙染檢查後，先進行幾十年的乾貯，之後作深埋。

在不銹鋼容器內的放射性玻璃通常是表面有黑色光澤的物質。在英國，這些放射性玻璃都是透過遠端控制進行試樣製備的。放射性玻璃中的糖是用來控制釕的化學作用和制止它形成含揮發和爆炸性和具有放射性（因含釕 - 106 的 RuO4。在西方國家，那些碎玻璃原料通常是硼矽酸鹽玻璃（類似耐熱玻璃），而前蘇聯通常使用磷酸鹽玻璃。那些在玻璃裡的核廢料的量必須加以限制因為有些金屬例如鈀、碲和鉑系的金屬不能與玻璃結晶化。 德國已經擁有一間正在運作中的核廢料玻璃化工廠，用來重新處理舊有，已被封存的核廢料。

分離與核嬗變

3.5 低階放射性廢料的最終處置

近地表處置 (Near Surface Disposal)，有三種型別

壕溝
地上設施
地下設施

3.6 高階放射性廢料的最終處置

3.7 放射性廢料的其他處理構想

現在國際上已經不做核廢料海拋。聯合國 1972 年制定《防止傾倒廢棄物汙染海洋公約》，通稱「倫敦海拋公約」或「倫敦公約」，禁止將可能危害環境與人類的廢料傾倒在海洋。聯合國在 1996 年並進一步訂定「倫敦海拋公約一九九六年議定書」正面表列，允許七大項物質可從事海拋外，其他廢棄物則不得進行海拋處理。這七大類物質包括：疏浚泥沙、汙水下水道汙泥、漁產加工廢棄物、船舶或海洋設施、無機之地質材料及天然有機等無害物質及位於離島偏遠地區，無妥適處理方式之大體積物質，但限其主要成分為鐵、鋼、混凝土等無害材料專案。到 2016 年 9 月為止，有 89 國簽署倫敦公約。

海拋核廢料地點與數量。

SU = 蘇聯 (39,243TBq), GB = 英國 (35,088TBq), CH = 瑞士 (4,419TBq), BE = 比利時 (2,120TBq). 法國 (354TBq), 德國 (0.2TBq), 義大利 (0.2TBq), 荷蘭 (336TBq), 瑞典 (3.2TBq) 包含在 GB 記號，俄羅斯 (2.8TBq) 包含在 SU 記號. US = 美國 3,496TBq, 日本 15TBq, 韓國？TBq, 紐西蘭 1+TBq。