現今世界處理核廢料的方式，既有創意又多樣：將其浸泡在水池中、封裝在鋼材裡、或埋藏在數百公尺深的地下。

這些方法是核能產業安全管理每年產生的 10,000 公噸乏燃料廢料的手段，而核能發電則供應了全球 10% 的電力。然而，隨著新式核反應爐設計的出現，它們可能會為核廢料管理帶來新的難題。

目前大多數運行的核電廠反應爐都遵循類似的基本藍圖：使用低濃縮鈾作為燃料，以水冷卻，且大多是巨大的、設置在中央發電廠內。但在未來幾年可能上線的大量新型反應爐設計，很可能需要調整現有系統以確保能處理其產生的廢料。

「對於這形形色色新反應爐和燃料類型是否會讓廢料管理變得更容易，並沒有一個確定的答案。」憂思科學家聯盟核能安全主任 Edwin Lyman 表示。

核廢料大致可分為兩類：低階廢料，例如醫院和研究中心的受污染防護設備；以及高階廢料，需要更謹慎的處理。

就體積而言，絕大多數是低階廢料。這些材料可以現場儲存，而且一旦其放射性衰減到足夠程度，通常可以像普通垃圾一樣處理（但需額外預防措施）。另一方面，高階廢料的放射性強得多，且通常溫度很高。第二類主要由乏燃料組成，這是一種包含鈾-235 的材料組合，鈾-235 是核燃料中可裂變的部分——也就是核電廠運作所需連鎖反應的部分。這些材料還包含裂變產物——原子分裂時釋放能量的、有時具有放射性的副產品。

許多專家同意，乏燃料和其他高階核廢料的最佳長期解決方案是地質儲存庫——本質上是一個非常深、經過非常嚴格管理的地下坑洞。芬蘭在建造地質儲存庫的計畫上進展最快，其位於該國西南海岸的場址應於今年啟用。

美國在 1980 年代就指定了一個地質儲存庫的場址，但政治衝突阻礙了進展。因此，如今美國使用的乏燃料儲存在運營中和已關閉的核電廠現場。一旦從反應爐中取出，通常會放入濕式儲存池中，基本上是浸泡在水中冷卻。之後，這些材料可以放入稱為乾式儲存的保護性水泥和鋼製容器中。

專家表示，對於新反應爐設計，業界不必完全改寫這些處理準則。

「我們將如何管理乏燃料，基本上會保持不變。」專注於核能產業的非營利智庫「核能創新聯盟」的研究與策略經理 Erik Cothron 表示。「我不會因為如何管理乏燃料而夜不成眠。」

然而，新設計和新材料可能需要一些工程解決方案。而且反應爐設計的種類繁多，意味著需要處理的潛在廢料類型也同樣廣泛。

有些新式核反應爐在設計上會與現有模型非常相似，因此其乏燃料將以與現今相同的方式管理。但其他反應爐則使用新穎的材料作為冷卻劑和燃料。

「不尋常的材料將產生不尋常的廢料，」伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校核子、電漿與放射工程助理教授 Syed Bahauddin Alam 表示。

一些先進的設計可能會增加需要作為高階廢料處理的材料體積。例如，採用 TRISO（三結構各向同性）燃料的反應爐。TRISO 包含一個鈾芯，周圍有幾層保護材料，然後嵌入石墨殼中。根據「核能創新聯盟」2024 年的一份報告，包裹 TRISO 的石墨很可能與其餘的乏燃料一起被歸類，使廢料比現有燃料更龐大。

該報告指出，如今要分離這些層將是困難且昂貴的。這意味著整個包裹將被歸類為高階廢料。

X-energy 公司正在設計使用 TRISO 燃料的高溫氣冷反應爐。該公司已向負責監督美國反應爐的核管會提交了處理乏燃料的計畫。根據該公司說法，燃料的這種形式實際上可能有利於廢料管理：TRISO 中使用的保護殼消除了 X-energy 對濕式儲存的需求，從第一天就可以進行乾式儲存。

液態燃料熔鹽反應爐是另一種新類型，也可能增加廢料體積。在這些設計中，燃料和冷卻劑不像大多數反應爐那樣分開；相反地，燃料直接溶解在用作冷卻劑的熔鹽中。這意味著整個熔鹽槽都需要作為高階廢料處理。

另一方面，其他一些反應爐設計可能會產生較少體積的乏燃料，但這不一定是一個較小的問題。例如，快中子反應爐的燃燒率更高，消耗更多可裂變材料，從燃料中提取更多能量。這意味著這些反應爐的乏燃料通常含有更高濃度的裂變產物，並釋放更多熱量。而熱量可能是設計廢料解決方案的關鍵因素。

乏燃料需要保持相對涼爽，以免熔化並釋放有害副產品。儲存庫中過多的熱量也可能損壞周圍的岩石。「熱量是真正決定你能在儲存庫中放置多少東西的因素，」前能源部和核管會官員 Paul Dickman 表示。

不列顛哥倫比亞大學公共政策與全球事務學院院長、前核管會主席 Allison MacFarlane 表示，有些乏燃料在處置前可能需要化學處理。這可能會增加複雜性和成本。

例如，在鈉冷卻的快中子反應爐中，冷卻劑可能會進入燃料並與其外殼融合。分離可能很棘手，而且鈉與水反應性很強，因此乏燃料需要特殊處理。

TerraPower 公司業務開發高級副總裁 Jeffrey Miller 表示，TerraPower 的 Natrium 反應爐是一種鈉冷卻快中子反應爐，已於三月初獲得核管會的建造許可，該反應爐的設計旨在安全地應對這一挑戰。該公司有一個計畫，在將材料放入濕式儲存池之前，先用氮氣吹過該材料，以去除鈉。

無論使用何種材料，即使只是改變反應爐的大小和其選址，都可能為廢料管理帶來複雜性。

一些新式反應爐基本上是現今大型反應爐的縮小版本。這些小型模組化反應爐和微型反應爐產生的廢料可能與現今傳統反應爐的廢料以相同方式處理。但對於像美國這樣現場儲存廢料的地方來說，讓大量小型場址各自處理自己的廢料是不切實際的。

一些公司正考慮將他們的微型反應爐及其產生的廢料送回單一地點，可能是與反應爐製造地點相同的地方。

MacFarlane 表示，公司應被要求仔細考慮廢料問題並設計管理協議，並應對其產生的廢料負責。

她還指出，到目前為止，廢料規劃一直依賴於研究和模型，只有當反應爐實際運轉後，現實情況才會變得清晰。正如她所說：「這些反應爐還不存在，所以我們對它們將產生的廢料，並沒有真正了解很多，也沒有詳細的細節。」