欢迎来到尤卡山

很久很久以前，在内华达州的沙漠里有一座山。这座山棕色而光秃，没什么好看的。它像一只丑小鸭，比起高度，它的长度更突出，与其说是一座山峰，不如说是一道山脊。它与周围的平顶山和孤峰几乎没什么区别。这座山的物质形成于1500万年前，那是一系列巨大的火山爆发后火山灰凝固而成。尽管布满了裂缝，但由于该地区降雨量极少，山石几乎不导水。大部分水分从山上流走或在渗透到地下之前蒸发。地下水位，即阿马戈萨含水层，位于沙漠地面以下1400英尺，山顶以下2400英尺。在某个时候，一群人类将危险的放射性废料放入了这座山干燥的中心。在看管了这些东西一两个世纪，直到他们确信自己的计划会成功后，这些人关闭了通往山内的隧道，然后离开了。大约10000年后，误差在一个千年左右，一些放射性废料从山中泄漏出来。它沿着深层地下水的路径向南蔓延。这时，一个名叫布鲁斯的人住在棕色山脉以南11英里处。布鲁斯种了一个小菜园，他用自己的饮用水井浇灌。有一天，布鲁斯在不知不觉中开始饮用比平时放射性略高的水。由于他的蔬菜也受到了污染，他的放射性摄入量进一步增加。结果是，他每次从菜园里吃东西或从水井里喝水，患致命癌症的几率都会增加。尽管他们早已去世，但那些将核废料放入山中的人却对布鲁斯的情况了如指掌。他们已经为他的存在和生活方式做好了规划，他们称之为乡村住宅式。然而，他们不叫他布鲁斯。他们称他为“合理最大暴露个体”，这是指这个人和像他一样的人的监管术语。最重要的是，核废料管理者已经计算出布鲁斯是否会因为山中的毒物而患致命疾病的几率。他们认为他的风险太低——低于十亿分之一的几率——不足以排除在那里储存废料。如果布鲁斯的健康风险是可接受的，那么未来其他内华达人也会没事，因为他们将住在离棕色山脉更远的地方，他们的水受污染程度也会更低。

电力电缆、通风管道和铁路车辆通过北入口进入尤卡山。这条25英尺直径的隧道通向位于山内两英里处的测试设施，有朝一日，核废料容器可能会存放在那里。

这个寓言有一个科学版本，它由数据驱动，但同样具有远见。然而，科学寓言只需要一个小时就能展开，而不是几千年。这是因为它是一个模型——方程式和假设——在计算机上以极快的速度运行。该模型预测了联邦政府希望埋藏在内华达州尤卡山（位于拉斯维加斯西北约90英里处）的核废料的行为。核废料处置是美国长期存在的环境难题。数万吨我们核电站和核武器工厂产生的剧烈放射性副产品储存在131个不同的地点。如果将废燃料棒和有毒液体装入容器并集中起来，它们将覆盖大约17个足球场的面积。而且这个数量每天都在增长。自半个世纪前核时代开始以来，联邦官员就计划将核废料集中在一个偏远的地方并深埋地下。在20世纪80年代末，尤卡山成为首选地点。为了弄清废料储存库将如何运作，政府研究人员建立了计算机模型并开始向其中输入数据。今年2月，布什政府正式认定尤卡山“适合”建立储存库。内华达州的政治领导人反对，他们认为拟议的垃圾场不仅不安全，而且仅仅将废料从全国各地不同的核设施运输到该地点也过于危险。该项目已于今年夏天提交国会审查，经过数周的辩论，众议院和参议院都批准了它。现在，核管理委员会将开始为期三到四年的许可证申请审查。储存库最早要到2010年才能开放。在政治上，尤卡山就像一座反复喷发和平息的火山。在监管过程的每一个环节，对立的专家都会辩论地震、事故、容器腐蚀和危险暴露的可能性。这是一个典型的环境僵局：内华达州争取将废料拒之门外，而能源部和电力公司则坚称必须将其转移。第二个冲突，更为微妙但也可能更重要，是关于真实山脉与模拟山脉之间的关系。计算机模型能多么忠实地描述尚未发生的事件？这个模型被称为尤卡山总系统性能评估，它位于拉斯维加斯一间办公室的三排高大的计算机上。点击鼠标，它就能穿越未来，并证明核废料储存库将在至少10000年内保护公众健康，尽管它预测山脉最终会泄漏其内容物。实质上，该模型表明尤卡山将会在其缓慢失效的过程中取得成功，这个矛盾激怒了反对者。内华达州的政治领导人斥责该模型是“几乎难以理解的事实与一厢情愿的混合体”。就连一些尤卡山的支持者也感到不安，因为计算机上的山脉由估计值组成，这些估计值就像岩石本身一样支离破碎。尤卡山最有趣的故事是关于长期科学预测的不确定性。科学家擅长通过实验和观察来测试短期预测——也称为假设。当他们无法控制或不了解所有变量时，他们的预测就会变得模糊。一个简单的例子是天气预报。人们不期望天气预报甚至飓风警报是完美的，尤其是在提前几天以上的情况下。然而，在核废料处置方面，他们却制定了一项法规，要求“合理保证”预测将在10000年内保持真实。尤卡山的批评者表示，仍有太多未知之处，在计算机模型中的不确定性降低之前，应拒绝颁发许可证。但对迄今为止工作的审查表明，科学已经尽了最大的努力。价值40亿美元的测试和分析，耗时20年，使尤卡山成为地质史上研究最多的地质特征。研究人员已经挖掘了200多个坑和壕沟，钻了450多个钻孔，修建了6.8英里的隧道，采集了75000多英尺的岩心样本和18000个其他地质和水样本，加热了700万立方英尺的岩石，并测试了13000多种金属的耐腐蚀性。所有这些都是为了为建立模型收集信息。如果两座山，真实的和模拟的，仍然不一致，那么它们也尽可能接近了。

一个传感器安装在尤卡山顶，位于拟议中的核储存库上方约四分之一英里处，监测风速。头顶上飘过的云层很少下雨。“我们在这里的一个原因是因为这是该国最干燥的地区之一，”项目高级科学家帕特里克·罗说。

最近，我站在尤卡山顶，在八年之后再次到访。除了通往山顶的道路变得更平坦，以及一个可以俯瞰景色的长凳外，一切似乎都没有改变。沙漠地貌的颜色仍然是那种苍白的红、灰和棕。但八年与这座山达到这个地步所花费的时间以及预计它将作为储存库服务的时间相比，不过是沧海一粟。我1994年到访时，狂风凛冽，地平线上低空有暴风雨。在最近的定居点拉思罗普威尔斯，也就是前面提到的布鲁斯取水的地方，正在下雨，灌木丛中开着娇小的黄花。尤卡山上点缀着灌木丛、刺柏和一种较小的灌木，名叫摩门茶。奇怪的是，在其20英里长的山脊上只发现了两三株丝兰植物。我可以看到130英里以西的内华达山脉的一部分。巨大的白色山峰因距离而显得渺小，在附近山脉的裂缝中闪闪发光。由于内华达山脉阻挡了来自太平洋的云层，位于其阴影下的尤卡山每年只接收到7英寸的降雨。然而，在上一个冰河时代，这里曾比较湿润，计算机模型显示这里可能还会再次变湿。我1994年的向导是项目地质学家约翰·派克。他不爱说话，仿佛这个地点的优势无需多言。我请他解释尤卡山是如何被选作研究对象的。他说，国家的高级别核废料——“高级别”意味着最高的放射性和热量——最初计划埋在堪萨斯州的一个旧盐矿里。“在20世纪60年代，盐矿似乎对一切都很好，”派克说。然而，十年后，政府研究人员得出结论，矿井附近的老钻孔可能没有堵塞。如果淡水渗入这些钻孔，矿井最终可能会被破坏。在20世纪80年代，搜索重新开始。全国九个有前景的地点被筛选为三个——德克萨斯州的一个深层盐矿；华盛顿州的一个玄武岩（细粒火成岩）地点；以及尤卡山，其火山灰岩被称为凝灰岩。正如派克所说，1987年尤卡山在优势方面领先于其他两个地点，当时国会介入，使其成为科学家唯一应评估的地点。所有筹码都押在一个地方，引起了内华达州的强烈抗议。“如果没有87年的法案，我们仍然会在尤卡山，”派克说，“但我们也会对其他两个地点进行特性描述。”私下里，另一位官员说：“许多善意的人认为，那时科学就出了问题。”派克开车带我从山顶下来。一条长长的竖井刚刚在山脉的东侧开始修建。隧道掘进机，一台定制的价值1300万美元的庞然大物，停在铁轨上，尚未投入使用。这个被称为探索研究设施的隧道，旨在回答有关山内部的各种问题，例如裂缝程度以及水渗透岩石的速度。这些信息对于虚拟山脉是必需的。能源部已经模拟了降雨渗透——这是第一次模拟。一些科学家认为渗透实际上可能是负的。也就是说，山可能非常干燥，以至于水蒸气会从中被吸出，从山下面的含水层上升，穿过山进入大气层。但大多数人认为，只要有足够的时间——而且时间充裕——水滴就会向下渗透并与装有核废料的金属容器接触。这将引发腐蚀，腐蚀最终会导致放射性元素与水混合并泄漏出来。从那里，只需要更多的时间，混合物，继续下降，进入含水层所在的区域，然后向南移动到布鲁斯的水井中。要将这个场景数学化涉及许多复杂问题。首先，尤卡山由层组成。在不饱和区，即山脊顶部和地下水位之间，有六个地质层——不同成分的凝灰岩。由于储存库计划在第四层，因此必须仔细审查那一种岩石，但其他层也必须了解。每个地层根据其物理特性以不同的速度导水。假设实验室实验表明岩石类型A通过其孔隙每年传输0.2毫米的水。像这样的事实的问题在于，这种速率在山内数千年大规模上可能不成立。裂缝可能会加速。因此，为了保守起见，科学家会采取谨慎的态度，在方程中输入一个更高的渗透率，例如每年10毫米。10毫米将是一个最坏情况的数字。岩石A中较慢的渗透率更有可能。这两个数字之间的差异就是建模人员所说的不确定性。当物理过程被建模时，不确定性通常可以量化，未知数可以定义。尽管未来的真实渗透仍然不确定，但科学家们可以掌握它。它应该在两个数字的边界之间。但看看接下来会发生什么。当你估计通过岩石层B（下一层）的渗透时，你会遇到另一个不确定性。由于层A连接到层B——同一滴水会流过两者——所以A的不确定性会使B的不确定性加剧。在最坏的情况下，每年10毫米可能会膨胀到20或100。当你到达底层时，你可能会得到一个超出图表的预测。可能结果的范围可能太宽而无法为任何人所用，而且最快的渗透率意味着比山中实际水量多得多的水。当派克向我展示山的各种地质特征时，他承认他对性能建模持谨慎态度。“累积的不确定性，”他说，“可能非常大，以至于远远超出了系统的合理范围。”作为一名现场工作人员，派克迫不及待地想让隧道掘进机启动，带他进入岩石内部。他想看看这座“真实”的山对于水渗透有什么说法。

虚拟尤卡山的彩色编码图像漂浮在排列在一面区域地质图墙前的显示器上。运行虚拟模型需要相当于80台高性能个人电脑连接在一起的计算能力。

今年在尤卡山顶，我的能源部向导是帕特里克·罗。他是一名工程师，有很多话要告诉我。关于储存库的事实和数据如潮水般涌来：“我们正站在6000英尺厚的火山灰上”，“随着45000吨乏燃料和14000吨国防部高级别废料——我们现在已经非常接近70000公吨的法定容量了。到2040年，我们应该有105000公吨的商业乏燃料需要处置。”然而，罗并不担心。他愉快地指向山周围的其他地层，新废料可以存放在那里。罗对该项目的热情似乎是真诚的，如果他滔滔不绝，那也仅仅反映了自八年前我来访以来在该地点收集到的海量数据。就像现在是第四个版本的总系统性能评估一样，他对任何预测性查询都有定量的答案。到目前为止，最重要的答案都与辐射剂量有关。模型的构建方式是，山内的自然过程和拟议储存库内的物质过程（例如包装的腐蚀率）是按顺序连接的。在每个序列的末尾，所有屏障都失效后，人体就会暴露在辐射中。问题是，辐射量是多少，以及何时发生？环境保护局已经设定了最近的人类可能从核废料储存库吸收的最大剂量标准。如果根据未来的各种模拟，一个人的暴露量不超过标准，储存库就可以获得许可并建造。性能模型显示，储存库轻松地满足了辐射标准，几乎可以适应任何抛出的情景。罗看向拉思罗普威尔斯。环境保护局的“合理最大暴露个体”被认为居住在那里，现在和未来10000年。“今天有八人居住在符合点，”罗说。“如果一切顺利，我们发生自然失效，峰值平均剂量将是每年0.00004毫雷姆。”这个辐射量可以忽略不计。即使一毫雷姆也微不足道。普通人在日常生活中每年从自然、医疗和工业来源的总和中接收数百毫雷姆的辐射。几个世纪以来微弱的、水传的释放被称为标称情景。同时还分析了入侵情景，在这种情景中，不幸事件会同时袭击尤卡山。例如，如果强烈的地震破坏了储存库并使其内容物溢出，可能会很危险。内华达州经常发生地震。但大家一致认为，地震在储存库深度的力会比地表弱得多，从而降低了危险。此外，地震中心恰好在这里的几率很低。尤卡山两侧的两个断层确实显示出六英尺的位移，这是过去运动的证据，但罗说“它们已经数百万年没有移动了”。因此，该模型产生的地震威胁微不足道。如果火山恰好从储存库中喷发怎么办？罗说，这极不可能。在任何一年中，直接命中的风险估计为7000万分之一。但在拉思罗普威尔斯附近的平地上，有一个约8万年前的火山渣锥。储存库应该持续比这更长的时间。然而，所有突然入侵的情景，包括愚蠢的人类勘探或钻探，随着时间的推移变得不那么令人担忧，因为废料的放射性会稳步下降。尽管如此，性能模型预测，如果火山在核废料炽热新鲜的前100到200年内喷发，假设“合理最大暴露个体”没有时间避开，那么他们可能会受到严重的暴露。罗接着带我参观了探索性隧道。隧道掘进机停在外面，布满了铁锈，工作已经完成。它正在出售——100万美元，大幅降价。进入尤卡山，我们乘坐一辆颠簸的轨道车，沿着平缓的坡度行驶了两英里，在冷白色的荧光灯下，冷空气从通风系统的进气口吹到我们的脖子上。（万一发生火灾，火焰和烟雾将被从逃生路线中抽走。）我们下车走到沙色岩石中的几个壁龛，那里曾进行过实验。每个演示旁都张贴着信息牌。其中一个深层的玻璃室里，100个电加热器，旨在模拟废料罐的强烈温度，已经将凝灰岩墙壁烘烤了四年。冷却后的岩石将再观察四年。没有新的工作在进行，因为该项目正在等待新的资金和国会的批准。我原本以为会是一个繁忙的矿井，但尤卡山内部更像是一个闭馆后的主题公园。

穿过地下隔板的电缆连接到电加热器，用于模拟放射性废物释放的热量及其对周围岩石的影响。这个40000立方英尺的房间内部温度已达到350华氏度。

回到外面，我们摘下安全帽和耳塞。罗谈到了储存库的设计。废料的热量与岩石中的水之间的关系至关重要。热量会使任何靠近的水沸腾，将其推离废料包装，这是一件好事。但是，当热量最终减弱时，相同的水可能会凝结并流回，岩石可能会破碎并掉落在罐子上，这当然是不好的。隧道中的温度可以通过废料的间距来调节：将罐子在托盘上放置得更远，可以减少热量。在适当的条件下，水蒸气可能会被推到隧道侧面并排出。那么，最佳温度和配置是什么？能源部仍在对这个问题进行建模，尚未做出承诺。“灵活设计”是官方口号。然后是渗透问题。当科学家们在90年代中期进入山中时，他们发现一小部分地表水到达废料层所需的时间比之前认为的快10倍。与最初的模型相反，这些水通过裂缝而不是岩石中的孔隙基质，沿着不规则的路径流动。因此，整齐分层的湿气渗透（每层具有不同的速率）的概念被性能模型抛弃，并引入了一个新概念。它显示一些水流速很快，在几十年内到达，一些水缓慢爬行，而大多数水在10000年内几乎不动。尤卡山调查的讽刺之处在于，对实际山脉了解得越多，创建虚拟山脉就越困难。项目高级技术顾问亚伯·范·路易克说：“我们了解更多，但在建模中存在更大的不确定性。这是一种普遍存在的现象，不仅仅是在尤卡山。所有地点在开始研究之前都是完美的。”核废料技术审查委员会，一个自1987年以来一直监测尤卡山项目的科学家小组，对该模型提出了抱怨。“数据和基本理解方面的空白导致了重要的不确定性，”该委员会去年一月警告说。“[能源部]储存库性能估计的技术基础目前处于薄弱到中等水平。”尽管“薄弱到中等”这个短语被项目的反对者抓住不放，但委员会的批评更多地是对虚拟山脉的判断，而不是对处置计划的判断。我请另一位项目官员威廉·博伊尔用通俗的语言解释委员会的批评。他回答说：“他们问我们，‘你们真的了解发生了什么吗？你们建造了一台坚不可摧的鲁布·戈德堡机器，然后嫁接了一个又一个情景。’委员会告诉我们建立一个专注于‘现实’解决方案的模型。”然后他补充说：“我认为委员会是对的。你满足了一件事，人们就会问，‘但是这个问题呢？’好吧，多少才够呢？”通过“现实主义”，审查员的意思是模型不必过于保守。直到最近，计算机只输出一种辐射剂量——最坏情况或最高剂量，其中包含了每个失效情景中最悲观的假设。如果结果仍然符合辐射标准，则该练习被认为是成功的。在专家看来，这种程序掩盖了系统的“实际”行为。即使实际条件复杂且无法确定，至少项目经理也应该解决不确定性。从统计学上讲，有办法测量它们。因此，当前的模型运行会产生多达5000种可能的放射性剂量及其概率。令人惊讶的是，尤卡山最了解情况的反对者并未质疑该模型，至少在原则上没有。他就是罗伯特·卢克斯，内华达州核项目机构的执行董事，任职20年。卢克斯的工作是确保联邦政府诚实。在国会授权的能源部资金下，该州机构对尤卡山的研究提出了尖锐的异议分析。多年来，州官员提出了相互竞争的灾难情景——最著名的是上升水可能会破坏储存库的假设——多年来，能源部科学家和独立审查员都驳斥了这些情景。在法庭上对抗该项目时，内华达州也没有取得更好的结果，除了争取到了一些延期。卢克斯并未屈服。“该州将利用一切可用的策略来阻止这件事，”他说。尽管他称之为“黑箱”并抱怨其不确定性，但卢克斯说，该模型“使能源部能够完成需要完成的事情。对于环境保护局要求的剂量计算，你需要进行这些性能评估。”在公开场合，内华达州不再质疑模型的预测，即能源部宣称“基本为零”的放射性剂量。相反，该州正专注于大量使用工程屏障来保持低剂量。基础设施将包括双层金属罐、由高科技合金制成的支撑托盘和头顶的滴水罩，所有这些都是为了尽可能长时间地使废料不与地质环境接触。“当他们的测试表明水流迅速时，”卢克斯说，“他们为滴水罩增加了40亿美元的附加费。”在一项新的诉讼中，该州声称联邦当局非法更改了选址调查规则。该诉讼认为，研究本应集中于“山脉”——而不是其内部的人造屏障——是否能安全地容纳废料。事实上，能源部自己的文件表明，超过99%的辐射防护将来自废料包装，不到1%来自干燥、深层的岩石。卢克斯指出，性能模型并未认识到这种差异。它只是从头到尾运行，并满足许可证要求。那又怎样？联邦官员说。重点是公共安全，而不是实现安全的方法。口号是“深度防御”。针对内华达州指控由于坚固的包装，核废料可以去任何地方，能源部回应说，在更潮湿的气候下，泄漏会更快发生。

最终，水会从地表迁移到山体深处。为了估算渗透速率，将一种流体注入到该测试室上方50英尺的岩石中，该测试室位于拟议的储存区内。仪器监测液体在重力作用下逐渐向下移动。

离开尤卡山，我沿着阿马戈萨含水层的南向坡度寻找一个“合理最大暴露个体”。毕竟，储存库的提案是为了他或她的利益，既广义上美国人需要高放射性核废料的保护，也狭义上解决方案不能伤害最接近它的人。我有很多事情想和这个人讨论，比如人类能够计算出10000年后的行动后果这个令人费解的概念。如果向后推算，这个跨度是文字发明时间的两倍。100个世纪后，甚至还会有任何人类存在吗，更不用说住在拉思罗普威尔斯的人了？拉思罗普威尔斯的主要业务是一家合法的妓院，这让我深刻体会到我们是一个繁殖力强、足智多谋的物种。它叫樱桃补丁牧场。这个定居点本身由95号公路两侧的两个路边休息站组成。妓院的老鸨暗示，核废料储存库可能对生意有好处。但她不作数，因为她不是全职居民。她不像联邦法规假设的那样每天喝两夸脱井水，也没有用含水层的水浇灌她的花园。隔壁是一家便利店，后面有一个酒吧。他终于站在那里了。这位六十多岁的酒吧招待是一位全职居民，是八位暴露前线的人之一。他告诉我他名叫布鲁斯。政府的模型预测他和他的后继者将是安全的，我开始解释。布鲁斯很有礼貌，但并不担心。“我对此了解不多，”他说，“只要我不开始发光就行。”