早在1978年，国际科学协会联合理事会就组建了一些工作组，以解决如何处理高放射性核废物这一全球性问题。这一问题不可等闲视之。因为目前全世界大约有10%的电能是来自核裂变，而且这个百分比正在与日俱增。欧洲和日本的能源开发进一步支持了“罗马俱乐部”早就作出的推断：“从技术上和经济上的可行性看来，现在唯有核裂变产生的能源可以取代矿物燃料。”

能源计划者要协调好核能源生产与环境恶化之间的冲突，就必须明确地阐明怎样才能安全地贮藏核废物。然而，核废物的危害并非一朝一夕，至少可以延续数千年，因此所有阐明必须依靠各种间接的科学论证和预测。由于地质学家比起其他学科的科学家来，更能论证这种灵敏物质应该贮藏在什么岩石中，所以免不了要有地质学家为处理核废物出谋划策。

如果说在处理核废物问题上科学家没有及时作出必要的回答，还存在各种各样的问题，那么必须看到，至今从未有人要求科学家按照核废物的危害时间回答处理问题。而且，这类问题实际上并不是核废物处理所独有的，其他一些物质（如汞、锡、铅等）同样也有很长的危害期。再者，人类只是在最近几十年才具有了广泛改变我们行星表面环境的能力，致使这类问题变得非解决不可了。

对于核废物处理，我们应当审慎的基本问题有：

（1）安全贮藏数千年是否可能？（2）地表暂时贮藏多长时间为最好？（3）什么地方、什么岩石是处理核废物的最佳地点？（4）现有的地质技术是否适用于核废物处理工程，或者是否必须开拓新的技术？

贮藏放射性核废物的仓库通常是容积为10⁷立方米的洞穴。因此完整清晰地阐明自然界条件无疑是讨论地点选择的一个最重要方面。

来自自然界的证据

我们有证据证明，体积与核废物仓库容积相当，或者比它大得多的天然灵敏物质在自然界可以完好地保存数百万年。其中理想的证据来自像奥克洛那样的天生核裂变反应堆。这个天生核反应堆的“运行”大约是在二十亿年前。事实证明，它完全留置了铀和由钚衰变而来的一些元素以及类似于锝的元素，但是像碘、铯这类元素大部分下落不明，或者说是扩散了。另一种证据是自然界广泛产出的沉积盐层。沉积盐层主要由属于灵敏物质的高溶解度矿物构成，它们大量保存在年龄范围很广的岩石中。此外，自然界还有着保存了很长时间的各种各样的灵敏物质，例如各种氧化物矿床和硫化物矿床以及形成了十亿多年而未发生风化的自然铜矿（像著名的密执安铜矿），这些证据向我们表明，只要贮藏得当，那么在自然界安全贮藏核废物数千年是不会有多大问题的，可惜我们对这些有用实例研究得太少了。

暂时贮藏

高放射性废物通常能够产生热量。大多数失效核废物中的短寿命同位素，每十年生热量减小一个数量级。一个加拿大重水铀反应堆的燃料在离开反应堆后可以生热2，000瓦，一年后为60瓦，一百年后为1瓦。瑞典的失效燃料，一年后生热10⁴瓦，十年后10²瓦，—千年后10瓦。

由于板块构造运动和侵蚀作用的存在，大多数陆块在不同位置和深度受到大小不同的力的作用。剥去近地表的岩石后，则通常可以见到相对较新的裂隙。而在为处理核废物准备场所时，挖掘工作将使该区受到力的作用。而且当把核废物集中进去后，该地又可以长期受到热的作用。因此，将扰乱贮藏地周围的地热梯度，产生新的裂隙，甚至通过孔隙水的扩张运动可以产生水力破裂作用。但是如果加长暂时贮藏的时间，这些作用必定会逐渐减小，而且放射性作用对容器和回填料的影响以及对工作人员的危害都会减小。

国际科学协会联合理事会的工作组提出，暂时贮藏应当达到科学界普遍认可的最长贮藏期，因为至今尚未研究出是在大陆还是在洋底对核废物作最终处理的技术。这种“肯花时间”或者说是“坐等”的选择比起那种把核废物当作“不速之客”的选择来，是一种比较负责的选择。而且一百年后，这种废物也许还会有我们目前没有想到的用途。所以我们有必要竭尽全力去探寻一些能使其长期安全贮藏（＞100年），且能直接观察监视它们的合理方法。要达到这个目的，实际上也许只要解决核废物的生热问题，采用较复杂的工程密封好核废物仓库。

地亮的稳定性

迄今，为选定核废物处理地点而做的最深入调查，主要集中在大陆地壳，对海底处理没下多大功夫。但是，虽然海底的地壳构造相对简单，我们对它的动力和热力状况的了解胜于大陆地充，它的渗透性较易预计，但对在海底粘土层中处理核废物仍需要仔细研究。

新近观察到的大洋海沟附近的构造和地质作用表明，必须经过细致的研究后，板块消减带方能作为可能的处理地点。在大多数海沟附近，岩石圈往往都发生了断裂，形成了地垒和地堑，同时这里的轻的沉积物跟下沉板块一道下潜回入地球内部。而且在大多数海沟地温极低，是地球上地热梯度最低的地方。所以可以预料核废物的溶解作用，核废物容器所受到的侵蚀作用也许在这种地方为最小。此外，由于这里的物质是迁移进入基本不含水的上地幔，因而我们能够计算出迁移过程中获得的流体的总量。除上述外，消减带地堑还有一个优点，即这种构造十分庞大，实际上完全不限制处理物体的大小和形状。因此，选择海沟作为处理地点是值得进一步研究的。

而在大陆地壳贮藏核废物，首先必须要有容积达10立方公里、渗透性极小的仓库，其次要有资料证明仓库在今后10⁸年内不会毁坏，渗透性不会发生改变。

就全球说来，在板块边界附近地壳才明显分带，但一个板块的面积是十分庞大的。大多数板块边界和裂谷带常常伴有大的火山和地震活动。虽然板块边界在各地质时期（＞一千万年）内有过明的变迁，但对于核废物处理，可以将现代全球构造轮廓看作是稳定的。

不过，我们现在只掌握了很短一段时间内的地震历史，往往不能用它确定地球上的稳定区。像朝鲜半岛现在是个无?区，但根据历史记载，它在数个世纪前有着强烈的地震活动。而且在任何情形下，虽然地震活动可以很好地指明应力的大小，但不能指明震源下面的受力状况。而我们在选点时则必须精确地测量该地的受力状况。

研究一定地区的第四纪沉积物，可以获取过去—千万年来当地地壳稳定性的最可靠证据。如果一个有第四纪盖层的地区，近期没有断裂运动，则可以认为它是稳定的。从原则上讲，详细研究断裂裂隙中形成的新矿物能够确定它们的形成时代，而且借助稳定同位素（例如，¹⁸O/¹⁶O）和其他地球化学观测结果，甚至能够估计出流经断裂裂隙流体的最大流量。可是这类资助现在还寥寥无几。

根据地质学常识，在有老岩石的稳定区处理放射性核废物要比在年轻的造山区为好，但是比较日本和瑞典的花岗岩会发现，这未必是条真理。

适于处理放射性核废物的岩石的一个最重要特征是具有很低的渗透性。花岗岩的渗透性是跟断裂裂隙有关。一个岩体中，断裂裂隙集中的地带常有大规模的断层。虽然日本的白垩纪花岗岩很相似于瑞典的前寒武纪花岗岩，可是日本花岗岩的断裂裂隙密集带之间，常有几乎没有断裂裂隙的地段，因此也许可以成为放射性核废物仓库的理想地点。如果把日本花岗岩中的这种完好地段跟瑞典常见的花岗岩体比较起来，利用前者处理核废物就未必亚于后者。

另外，由于板块的聚敛，日本地区受到的力主要来源于构造运动，而在瑞典，由于冰川的消退，受到的力看起来是跟造陆运动有关。因此，日本花岗岩的裂隙往往表现为陡倾斜的共轭节理，瑞典花岗岩在数百米深处还具有大量水平的席状裂隙。应力测量指明，在瑞典花岗岩，水平应力是垂直应力的1.5倍。上隆的最大速率每年将近1厘米。而日本虽位于造山带，但水平应力与垂直应力之比为0.7 ~ 1.4，垂直运动的最大速率仅为每年1毫米左右。而且，相似深度上的日本花岗岩和瑞典花岗岩，粘土物质对它们的裂隙的充填作用使前者的渗透性大大小于后者，吸附性大于后者。虽然这种比较是很粗糙的，但是它在某种程度上很好地说明了为什么甚至在像日本这样的地质活动区也值得进一步研究的原因，现在看来，地震技术是查明结晶岩体有无断裂裂隙带的理想工具。所谓的横向钻孔技术可以使我们采到不同方向上大约一公里距离内的各种岩石标本、因而能够推广用于三度空间测量，测出岩石在三度空间上的分布状况，确定渗透速度的各向异性，估计裂隙的空间分布参数。

岩石的破裂

随深度的增加，大多数岩石的渗透性是趋于变小，而且在理论上，随深度的增加，岩石的破裂应当减少或者消失，可是有时看不到这种规律。在岩石中，水的结冰和解冻作用的循环进行，能够引起岩石的破裂。加拿大和瑞典最近的一些研究指出，结晶岩石中的破裂系统是错综复杂的。不过，现代地震技术能够测定大规模的岩石破裂。

一般说来，地下水能否自如地流动，是被未破裂岩石的固有渗透性与岩石中的破裂这两个因素决定的。在破裂岩石中，地下水的流速通常明显高于孔隙度中等的未破裂岩石。除极少几种岩石外，凡经历过多种地质作用的所有岩石都有着破裂。地表现存的各种类型的岩石都经历过不同程度的成岩作用、压实变质作用、冷却作用以及变形作用，不能用任何一种简单的方法来评价其中可能发生的各种破裂。

通过一个实例我们可以得到一个结论：在有大量小破裂的岩石中，物质的扩散、稀释以及吸收作用比破裂少的岩石必定能较为顺利地进行，可是，我们对岩石破裂的分类还没有系统研究，甚至可以说是了解很少。但在核废物处理问题上，了解岩石破裂的水力学特征是一个急需研究的课题。

虽然我们已经花了不少精力研究核废物从仓库向地表迁移过程中引起的地热扰乱，但是现在的这类模拟实验并非无懈可击。一个核废物仓库中，所有迁移过程（热的流动、化学物质的流动以及水的流动）是眼岩石的力学性质（受力状况、水合扩张作用以及其他类似作用）有着密切的联系。但是把它们完全对应起来模拟是不合适的，所以各种模拟的证实必须立足于野外资料。

毫无疑问，自然界不存在一种完全理想的母岩适于处理核废物。各向同性的岩石可以形成很宽的裂隙；层状沉积岩可以具有良好的保持性和扩散性；高温下形成的岩石在低温流体的作用下，岩石性质可以发生很大的变化。因此，建造核废物仓库看起来应该采用“取长补短”的方法，即应该建造在一个上覆有平坦沉积岩地层的火成岩体中，以保证深层岩体中泄漏出来的放射性物质不造成危害。

至于核废物的容器和回填料，必须考虑各种有关因素，必须尽可能地密封。瑞典在容器的研究上已做了不少努力，因为如果能够保证容器的寿命达1，000 ~ 1，000，000年，核废物的危害便会大大减小。我们对容器材料的研究应当把注意力放在铜和刚玉这类材料上，因为它们能够很好地适应地质环境中天然溶液的侵蚀作用。

关于回填料，几乎所有方案均提出，具膨胀性的蒙脱石粘土可以作为理想的回填料。回填料用得合理可以控制氧化——还原条件，赢得解决眼前难题的时间。但是有必要进一步研究这类物质的地质稳定性和核废物放射性作用对其的影响。

开挖技术

虽然科学家已在许多方面为核废物处理作出了不少努力，但一直很少注意开挖技术的研究。另一方面，暂时贮藏核废物的仓库也应当尽量减小容积，因此，我们的专家要注意以下几点：（1）利用钻孔机可以打成岩体破坏程度最小的理想贮藏洞。（2）现有的开挖技术多数适用于四公里的深度，而通常认为适合处理核废物的深度——500至1，000米，则有待仔细研究。（3）仓库设计应当建立在地点和岩石类型选择以及全面分析岩石的各种性质基础上。只有获得了这些资料，设计才有可能趋于合理；（4）所有贮藏核废物的空洞必须尽可能做到体积小。因为岩体中受到打洞工程影响的地带，至少跟这个洞的最大一维的平方，甚至可能立方成正比。（5）容器、管理技术等的设计应当服从于贮藏洞的条件，不可倒置（现在大多数设计正好相反）。（6）附属装置要布局适当，每一种附属装置的位置要利用当地最有利的条件和最先进的技术。（7）应当加速发展在建造贮藏库之前就能查明岩体有无不连续界面（如断层、岩脉）的技术。必须重新研究现有的裂隙封填技术，因为有些粘土填缝料可以发生后期滑流。（8）对于一定的地区，只有全面研究了岩石的性质、受力状况后才可找到处理核废物的最佳深度。（9）经验证明，要确定岩石的封闭程度是困难的。但重要的是把岩石的弹性封闭与破裂岩石的膨胀造成的封闭区分开来，要了解破裂岩石和原状岩石之间的互相用作。（10）在很大深度，岩石的受力状况是比较容易预计，而且也比较有规律，在地表附近，则常见出乎寻常或者难以预料的受力状况。

将来的完善

将来，人类借助勘探矿床、天然气以及地热能工程中使用的钻探技术可以直接地影响到核废物贮藏库的完善。另外，大规模的工程建筑，像建造大的水库，也可以间接地影响到它们的完善，因为地震活动常常与这类建筑有着密切的关系。

当然建造核废物贮藏库的理想地点应当是完全没有地震活动的区域，可是这种无震区大概不可能存在。

气候变化和其产生的影响，也是选择贮藏库地点必须考虑的一个因素。气候在未来的10，000至1，000，000年内可能发生巨变，这可能是大规模的冰川作用。到那时，极地和局部地方的冰川将四处蔓延。而冰川的蔓延和消退往往会产生各种作用，如地震、地壳的破裂以及水文地质状况的变化。

[Nature，1984年8月22日]