目前放射性废物的处理方法，基本上就是进行固化处理和减容处理后进行最终处置。中低放废物可以进行近地表处置，相对容易技术成熟度也高。高放废物必须进行深地质处置，形成“固化体 + 废物储罐 + 缓冲回填工程屏障 + 围岩”的多重屏障体系，与生物圈长期安全隔离。因此高放废物存储材料的长期稳定性与耐久性至关重要。其中涉及到的主要材料就是固化体、包装容器与回填材料。

    固化体材料主要有玻璃与人造岩石。广泛选用的是硼硅酸盐玻璃 , 其长期稳定性、对放射性核素的保持能力与玻璃固化工艺密切相关。近年来，主要研究了温度、压力对石英溶解的影响，建立了地球化学模型来评估不同组成、压力、温度、pH 条件下玻璃固化体的相转变和溶解方程。另外，铂族元素（Ru、Rh、Pd）在玻璃体中的溶解性能差，它们在固化流程中行为复杂。近年来，研究了不同温度下玻璃体中铂族元素的团聚行为；利用 EXAFS 等现代技术手段研究了玻璃固化体中铂系元素的氧化还原态。

    人造岩石特别适合于固化高放废物中的锕系元素。近年来，借助 XRD、 BSE、EDS、SEM、TEM、XPS 等现代技术手段，开展了大量的相关研究工作。如，将 U 3 O 8 固定化到Gd 2 Zr 2 O 7 ；研究具有复杂的点阵的莫拉矿固化放射性核素的晶体结构；研究 Gd 1-x Yb x PO 4 陶瓷体用于放射性废物固定化的相转变过程等。

    包装容器是阻止固化体中放射性核素向环境迁移的第一道屏障，大多采用双层结构的容器来包装高放核废物。内包装基本选用碳钢材料。外包装虽然有的选用镍 - 铬 - 锰合金或者不锈钢外浇混泥土，但是由于铜的地下水环境中抗腐蚀性能好，被大多数国家选为外包装材料。近年来，有大量的相关材料腐蚀研究报道，主要研究辐射、水环境、温度、微生物等因素的影响，结果表明：岩盐环境中钛钯合金耐腐蚀性能较好；粘土环境中，不锈钢、镍合金与钛合金都不错；花岗岩环境中，铜的耐腐蚀性能很好。

    缓冲回填材料中蒙脱石黏土（膨润土）是目前被认为是最佳选择。由于膨润土在碱性环境下稳定性变差，近年来对此开展了大量的研究工作。如，Soler 等建立了碱性环境下库岩中水和水泥基灌浆的反应迁移模型；Savage 等借助 Searles 湖的自然系统的矿物学证据建立了黏土的转化模型，证明蒙脱土在pH<9 时具有相对惰性，但是在相对温和的碱性条件下（pH=9-10）表现出反应活性；Milodowski 等研究了地中海塞浦路斯岛碱性地下水和膨润土的反应，表明在 104-106 年的时间内，碱性地下水和膨润土的反应是有限的。

    未来发展

    核废料储存过程中一些关键核素（如铂族元素）自身的挥发、扩散，迁移等行为以及与固化机体材料的相互作用直都接影响固化体的结构和长期稳定性，需要开展深入研究。合金材料的耐腐蚀性能好，但是成本贵，开发低成本耐腐蚀性能好的包装材料也是未来的一个发展方向。

    回填材料是阻止放射性核素进入围岩的最后一道屏障，因此需要深入研究放射性核素在回填材料中的吸附、解析、扩散与迁移行为。

    由于放射性实验操作难度大，过去大部分研究工作都在模拟体系中进行，未来必须越来越接近真实体系去研究放射性核素本身、放射性核素的衰变和辐照对材料长期稳定性的影响。

    作者简介

    陈靖，清华大学长江特聘教授，从事核化学化工教学与研究，核学会核化工分会副理事长。获高校科技进步二等奖1项、国防科技二等奖2项、第七届中国青年科技奖、教育部霍英东青年教师一等奖。被评为跨世纪优秀人才，获得基金委杰出青年基金支持。