34 公吨武器级钚可以用来做什么？

当美国中断与俄罗斯就叙利亚战争进行的停火谈判时（此前俄罗斯空军持续轰炸阿勒颇的平民），俄罗斯总统弗拉基米尔·普京采取报复措施，暂停了一项已有近二十年历史的武器协议，以消除俄罗斯多余的武器级钚。

《钚管理与处置协议》于 2000 年签署，规定各国应处置其认为国防用途不再需要的武器级钚。各国同意处置 34 公吨过剩库存。

大部分过剩核材料来自数万枚冷战时期的核武器拆除。俄罗斯将部分核材料储存在西西伯利亚的封闭城市塞韦尔斯克，该市曾是俄罗斯两座生产钚的核反应堆所在地，一度是世界上最大的核设施之一。据《经济学人》报道，2000 年签署条约时，俄罗斯将拆除的核电站产生的高浓缩铀和钚储存在 23,000 个容器中。

与此同时，美国将大量钚储存在德克萨斯州阿马里洛附近的潘特克斯工厂，该工厂负责监督该国许多核弹头的最终组装和拆卸，直到它们被处理掉。最初，钚将被储存在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的保险库中，后来这些计划被取消；潘特克斯后来被重新用作长期储存选择。

俄罗斯和美国都没有迅速处理过剩的钚。（这非常困难）。但随着俄罗斯现在实质上将其库存重新摆上地缘政治风险游戏的桌面，许多问题也随之而来。也就是说，这到底是什么玩意？我们到底该如何处理它？

什么是武器级钚？

顾名思义，武器级钚极易爆炸。其原因在于钚-239 的存在——钚同位素的特点是寿命长（半衰期：超过 24,000 年），并且在粉碎时能够释放大量能量；一公斤钚-239 释放的能量比美国在二战期间投在广岛的小男孩炸弹中的 64 公斤铀还要多。

这种特殊的钚是铀 238（一种天然存在的铀，也是地球上最丰富的铀，存在于世界各地的铀矿中）在核能反应堆中使用后的副产品。钚 239 在高浓度时威力最大。所谓的武器级钚（俄罗斯和美国拥有的类型）至少有 93% 是钚 239，其余 7% 是其他钚同位素。

以极高的速度分裂几乎是钚-239 唯一的优势。它没有太多其他实际用途。它可以用来（缓慢地）加热水，政府以一克为单位出售作为参考样品，或者用作非常致密、基本安全的镇纸——小块的钚-239 不会释放出太多的自发辐射。（钚-238 是一种近亲，可以为物体提供动力；美国宇航局用它为深空探测器提供动力。）但钚-239 释放的能量要大得多，因此只能用于某些类型的核反应堆。自 20 世纪 40 年代曼哈顿计划期间发现以来，它首先是一种武器。

我们怎样才能摆脱这些东西？

俄罗斯和美国花了十年才达成处置协议的原因之一是，他们无法就如何处理这些核弹达成一致。唯一现实的选择，也是最终达成的方案，就是将其转化为氧化钚，即钚和氧的化合物，顺便说一句，它仍然可以用作小型核武器，但两国打算将其与氧化铀结合，制成混合氧化物 (MOX) 燃料。这种物质可用于商用核反应堆。另外，MOX 燃料不能用于制造核武器，这意味着一旦钚-239 被卷入其中，就无法恢复到原来的爆炸状态。

这是一个昂贵的过程。美国于 2007 年开始在南卡罗来纳州能源部 (DOE) 萨凡纳河场址建造一座设施，将多余的钚 239 转化为 MOX 燃料。MOX 燃料制造设施仍未完工，并遭到反对；政府和美国商业反应堆都没有适当的设备来处理 MOX 燃料。预计完成建设将耗资高达 100 亿美元，而转化 34 公吨钚的成本预计将额外花费 240 亿美元。

科学已经介入，开始提供帮助。洛斯阿拉莫斯的先进回收和综合提取系统 (ARIES) 每年可处理数百公斤。ARIES 于 20 世纪 90 年代创建，作为拆除核弹头并将其中的钚块（称为“核芯”）转化为氧化钚的测试系统。由于 MOX 设施尚未完工，这是将美国剩余钚转化为 MOX 燃料的唯一方法。

ARIES 是一个八步流程。它处理从拆除武器、取出核芯、将核芯中的钚转化为氧化钚再进一步精炼，最后将其包装起来长期储存在洛斯阿拉莫斯 55 号技术区钚设施的保险库中的一切。这项工作听起来很有挑战性：拆除武器的技术人员必须通过手套箱进行操作。这些大型密封容器将技术人员与武器隔开，他们的所有工作都是通过一系列连接在各个位置的大手套完成的。它涉及将钚核芯雕刻成块，放入熔炉中烧制，直到它们变成沙状的氧化钚。

美国曾计划在萨凡纳河核电站建造一个用于拆除美国核弹头的深坑拆卸和转换设施，但该项目于 2011 年被取消。ARIES 接手了这项任务。在运行的第一年，它生产了超过 200 公斤的氧化钚。“如果 [国家核安全局] 要求我们从工艺开发任务转向生产任务，我们随时准备提供服务。我们可以做到，”ARIES 经理 Alex Enriquez 在 2012 年告诉洛斯阿拉莫斯国家安全科学出版物。“当然，速度没有那么快，规模也没有大型专用设施那么大，但我们的工艺是有效的。”

按照目前每年 300 公斤的速度计算，ARIES 需要超过 100 年的时间才能转化美国同意处置的全部 34 公吨钚。

那么，问题出在哪里？

美国能源部正在放弃其 MOX 计划。其 2017 年预算要求拨款 2.7 亿美元终止 MOX 燃料制造设施的建设，并要求额外拨款 1500 万美元用于实施稀释和处置方案。新计划不是将过剩的钚转化为 MOX 燃料，而是将钚氧化物与一系列胶结剂、胶凝剂、增稠剂和发泡剂混合成一种名为“星尘”的混合物。美国国家核安全局 [NNSA] 专家告诉《大众科学》 ，对于稀释和处置方法，钚氧化物仍然是必需的。其沙状性质使其能够混入星尘中。

洛斯阿拉莫斯的一份报告指出，在这个过程结束时，星尘中的钚含量将低于 10%。作为额外的预防措施，星尘将被密封在双层不锈钢容器中，并储存在“地质储存库”中——可能是新墨西哥州的废物隔离试验工厂，其他核废料也存放在那里。换句话说，它将被埋起来。

NNSA 专家还表示，为了推行稀释处置法，洛斯阿拉莫斯正在扩大其将武器级钚转化为氧化钚的能力。ARIES 承诺生产两公吨氧化钚——其余部分将在洛斯阿拉莫斯能够完成任务后在现场完成。

美国能源部在给《大众科学》的一份声明中表示，尽管俄罗斯违背了承诺，但美国仍致力于以可验证的方式处置其过剩的钚。该声明还证实，目前正对协议未涵盖的钚储存采用稀释处置法，而不是 MOX 燃料法，因为稀释处置法更便宜、实施速度更快。

协议规定，被处置的 34 公吨武器级钚必须要么用作燃料（这就是俄罗斯选择将其过剩钚转化为 MOX 燃料的原因），要么转化为固化形式。NNSA 专家表示，根据协议条款，一旦钚被混合成星尘并储存起来，稀释处置方法就可以被视为固化形式。

负责监督美国参与该协议的美国国务院尚未回答有关美国需要多长时间才能处置完34公吨武器级钚以及是否将采用稀释处置法的问题。

目前还不清楚俄罗斯计划做什么。