能源可用1000年——中國(guó)正在建造用于“燃燒”核廢料的反應(yīng)堆

如果核廢料也能當(dāng)燃料，人類(lèi)的能源問(wèn)題會(huì)不會(huì)被徹底改寫(xiě)？

一種可能改變能源格局的新反應(yīng)堆

很多人一提到核能，第一反應(yīng)往往是兩個(gè)詞：危險(xiǎn)和核廢料。核電站雖然發(fā)電效率高，但留下的放射性廢料卻要處理上萬(wàn)年，這一直是核能最大的爭(zhēng)議之一。

不過(guò)，現(xiàn)在一種新的技術(shù)正在試圖改變這一局面。中國(guó)正在研發(fā)一種特殊的核反應(yīng)系統(tǒng)——加速器驅(qū)動(dòng)亞臨界系統(tǒng)，也被簡(jiǎn)稱(chēng)為ADS。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是一種可以“消化核廢料”的反應(yīng)堆。如果研發(fā)順利，它不僅能夠發(fā)電，還可以把原本需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存的核廢料重新變成燃料。

目前，這項(xiàng)裝置正在中國(guó)南方建設(shè)，科學(xué)家計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)完成兆瓦級(jí)示范系統(tǒng)。

如果這一技術(shù)真正成熟，人類(lèi)對(duì)核能的理解可能會(huì)被徹底改寫(xiě)。

為什么傳統(tǒng)核電一直存在爭(zhēng)議

核能之所以長(zhǎng)期被爭(zhēng)議，核心原因有兩個(gè)。

第一是安全問(wèn)題。傳統(tǒng)核反應(yīng)堆依賴(lài)自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一旦系統(tǒng)失控，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故。

第二是核廢料。核燃料使用后會(huì)產(chǎn)生大量放射性物質(zhì)，其中一些同位素的半衰期非常長(zhǎng)，甚至需要幾萬(wàn)年才能完全衰減。

這意味著人類(lèi)必須長(zhǎng)期儲(chǔ)存這些廢料，并保證它們不會(huì)泄漏。

正因?yàn)槿绱耍芏鄧?guó)家在發(fā)展核電時(shí)一直非常謹(jǐn)慎。

而ADS技術(shù)，正是試圖解決這兩個(gè)最棘手的問(wèn)題。

反應(yīng)堆為什么不會(huì)失控

傳統(tǒng)反應(yīng)堆的運(yùn)行依賴(lài)核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。一旦反應(yīng)開(kāi)始，系統(tǒng)就會(huì)自行持續(xù)下去。

而ADS反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)完全不同。

它需要外部裝置不斷提供中子才能維持反應(yīng)。這個(gè)“中子來(lái)源”，就是一臺(tái)強(qiáng)大的粒子加速器。

加速器會(huì)把質(zhì)子加速到接近光速，然后讓它們撞擊特殊的金屬靶材，比如鉛或鉍合金。

在撞擊過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量中子，這些中子進(jìn)入反應(yīng)堆核心，維持核反應(yīng)。

只要加速器停止工作，中子來(lái)源就會(huì)消失，反應(yīng)也會(huì)立刻停止。

從原理上說(shuō)，這種系統(tǒng)幾乎不可能像傳統(tǒng)反應(yīng)堆那樣發(fā)生失控。

換句話(huà)說(shuō)，它把“開(kāi)關(guān)”牢牢掌握在人類(lèi)手中。

核廢料為什么還能再利用

更重要的是，這種反應(yīng)堆可以處理傳統(tǒng)核電留下的廢料。

普通核反應(yīng)堆主要使用鈾-235作為燃料，而自然界中大部分鈾其實(shí)是鈾-238。

在傳統(tǒng)技術(shù)下，這些鈾-238幾乎無(wú)法直接利用，因此常常被當(dāng)作“廢料”。

但在強(qiáng)中子環(huán)境下，鈾-238可以轉(zhuǎn)化為钚-239，而钚-239又是一種非常優(yōu)質(zhì)的核燃料。

也就是說(shuō)，過(guò)去被認(rèn)為是“廢物”的材料，其實(shí)依然蘊(yùn)藏著巨大能量。

通過(guò)這種方式，核廢料不僅可以被處理，還能再次產(chǎn)生電力。

如果形成完整的循環(huán)體系，核燃料的利用效率甚至可能提高幾十倍。

這也是為什么很多科學(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)可能讓人類(lèi)擁有持續(xù)幾百年甚至上千年的穩(wěn)定能源。

全球正在展開(kāi)技術(shù)競(jìng)賽

ADS技術(shù)其實(shí)并不是剛剛提出的概念。

早在上世紀(jì)80年代，科學(xué)界就已經(jīng)提出類(lèi)似設(shè)想，只不過(guò)當(dāng)時(shí)的加速器技術(shù)還不夠成熟。

隨著粒子加速技術(shù)的發(fā)展，這一方案才逐漸具備現(xiàn)實(shí)可能。

目前，中國(guó)、俄羅斯和美國(guó)都在進(jìn)行相關(guān)研究。

中國(guó)正在建設(shè)示范裝置，希望率先實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)系統(tǒng)運(yùn)行。

俄羅斯則在另一條技術(shù)路線(xiàn)——快中子反應(yīng)堆和閉式燃料循環(huán)方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。

美國(guó)的一些國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也在測(cè)試類(lèi)似的粒子束中子技術(shù)，希望解決核廢料問(wèn)題。

可以說(shuō)，在未來(lái)核能技術(shù)領(lǐng)域，一場(chǎng)新的競(jìng)爭(zhēng)正在悄悄展開(kāi)。

核能未來(lái)可能會(huì)發(fā)生變化

如果這種技術(shù)最終成熟，核能的發(fā)展邏輯可能會(huì)發(fā)生很大變化。

過(guò)去，人們擔(dān)心核廢料越積越多。但在新的體系下，廢料本身反而會(huì)變成重要資源。

反應(yīng)堆的安全性也會(huì)大幅提高。

當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)裝置到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，還需要很多年的工程驗(yàn)證。

但可以肯定的是，人類(lèi)正在嘗試讓核能變得更加安全、更加高效，也更加可持續(xù)。

或許在未來(lái)某一天，人們?cè)偬岬胶藦U料時(shí)，不會(huì)再把它當(dāng)作麻煩，而會(huì)把它當(dāng)作一種尚未被充分利用的能源。