核電廠廢棄混凝土成放射性廢料克星 48小時內去除98%鍶-90

破碎混凝土成核廢管理新利器

英國研究人員在核廢料處理領域取得重大進展。由曼徹斯特大學、英國國家核能實驗室（UKNNL）及美國克萊姆森大學組成的研究團隊發現，除役核電廠的廢棄混凝土經過適當處理後，能夠有效捕獲並長期保留放射性鍶-90，為核污染廢料管理提供了科學上的新解方。

鍶-90污染的全球挑戰

鍶-90是核分裂過程中產生的主要放射性同位素之一，具有28.8年的半衰期，衰變後會產生釔-90並釋放高能量貝他粒子。由於其能透過地下水輕易移動，鍶-90成為英國塞拉菲爾德（Sellafield）和美國漢福德（Hanford）等核設施中流動性最強的放射性污染物。歷史上，1986年車諾比核電廠事故及2011年福島第一核電廠災難都釋放了大量鍶-90，造成持久的環保威脅。

隨著全球老舊核設施進入除役階段，現場產生的輕度污染混凝土廢料數量持續增加，如何有效長期管理這些物質成為各國核能主管機關的重要課題。

意外的科學發現

研究人員以英國核廢料除役局提供的破碎混凝土為實驗對象，將其與含有鍶同位素的合成地下水混合，並在兩種處置情景下進行長達三個月的實驗：一種模擬密封低氧環境，另一種模擬淺層現場處置的空氣暴露環境。

實驗結果出乎預料。在空氣平衡條件下，破碎混凝土在三個月內可去除溶液中約82%的鍶。空氣暴露會促使混凝土與二氧化碳反應，生成方解石（calcite）礦物。由於鍶能取代方解石晶體結構中的鈣元素，該礦物能有效將放射性元素固定為穩定形式，防止其擴散至地下水。

研究資深作者、BNFL研究講座教授Katherine Morris表示：「這些結果讓我們更清楚地了解混凝土廢料與地下水長期交互作用的過程，破碎混凝土不只是惰性廢料，它能主動從溶液中去除鍶，並以長期穩定的形式保留。」

磷酸鹽處理的關鍵突破

研究團隊進一步測試磷酸鹽處理能否進一步提升效果，分別採用兩種方式：一是在實驗過程中添加磷酸鹽，二是預先對混凝土進行前處理。兩種方法均能提高鍶的吸附量，即使在低氧條件下亦然。

在經磷酸鹽處理的空氣暴露系統中，鍶的去除率在48小時內高達98%，遠超過未處理條件。磷酸鹽會在混凝土表面形成低結晶度的磷酸鈣塗層，提供更多鍶的結合位點，並防止鍶在逐步衰變為穩定鋯的過程中擴散移動。

利用X射線吸收光譜法（X-ray absorption spectroscopy）分析確認，鍶已被納入新形成的方解石中，為從地下水中長期去除鍶-90提供了具體的物理化學機制。

未來應用前景

Morris在聲明中總結：「透過了解捕獲鍶的機制，我們能更有力地支持以科學為基礎的現場處置與長期放射性污染土地管理決策。」

研究團隊的發現顯示，在回收或淺層掩埋過程中將混凝土破碎並暴露於空氣，可大幅提升其固定放射性污染物的能力；在低氧環境中則可透過磷酸鹽處理來強化效果。本研究已發表於學術期刊《ACS ES&T Water》，為全球核廢料管理提供了科學依據。