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解讀:核能七十二變與未來能源發展

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-10-19     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數:85
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2000年,柯克?索倫森(KirkSorensen)還是美國國家航空和宇宙航行局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)的一名工程師。當時,他在尋找為未來群居月球提供核動力的備選方法。他偶然看到了一本描述熔鹽反應堆的書,書中談到用液態核燃料作為能量來源。 

這聽起來有點不可思議,索倫森說道。據他所知,所有核反應堆都用固態鈾做燃料,最初的“輕水”反應堆現在在核能行業是主流。然而,這本書解釋說,田納西州的美國橡樹嶺國家實驗室(OakRidgeNationalLaboratory)已對熔鹽反應堆進行三十多年的研究。而且,液態鈾、即含釷燃料具有得天獨厚的優勢。例如,即使遭遇災難性的核反應堆堆芯溶化,熔鹽反應堆也不會受影響,不會產生帶有钚及其他長期存在的放射性同位素的核廢料,會將那些同位素完全破壞掉。

索倫森說,優勢數不勝數,“幾乎所有熔鹽解決核能問題的方式都可能遠遠勝過”輕水反應堆的。他問道:“那么,我們何不從一開始就采取這樣的方式呢?

過去的十年中,很多人在問這個問題,不僅僅就熔鹽反應堆一事。由于戰爭安排,美國研究項目1976年放棄了那項特別技術的研究。不過,它僅僅是在核能商業化大潮中第一波就擱淺的眾多替代技術之一。其他的技術還包括能夠燃耗核廢料的“快速”反應堆,以及大量減少溫室氣體排放的工業無碳供熱高溫反應堆。總體來看,這些替代技術可以彌補大部分、甚至是所有核能的缺陷。而數十年來,因為日程計劃和融資水平都在不斷變化,研究人員對這些技術的關注也時斷時續。 

現在,改變或許即將到來。過去十年中,一些國家對安全無碳能源的需求激發了政府對替代核能技術的興趣,企業也在努力重啟并推廣一些核能設計。特別是在中國等發展迅猛的國家。樂觀人士認為,即使去年發生了日本福島第一核電站的災難,也最終會推動人們選擇更安全的核反應堆。去年,索倫森為促進熔鹽反應堆商業化在阿拉巴馬州亨茨維爾創立了福利波能源公司。無論是福利波能源這樣處于起步階段的公司,還是正在開發商用快速反應堆的通用電氣-日立核能這種工業巨頭,大小企業都希望準備就緒。 

然而,復興這些技術并非一日之功,不會一蹴而就。盡管基礎設計幾十年前就已完成,但要實際運行,工程師們還必須進行多種開發,如開發防輻射材料、更高效的換熱器、改良的安全系統。然后,他們必須向監管機構證明,所有這些安全系統都能發揮作用。“核并非易事”,馬薩諸塞州劍橋市“憂思科學家聯盟”(UnionofConcernedScientists)的高級全球安全分析師埃德溫?萊曼(EdwinLyman)表示,“它成本高,見效慢,風險極大,因為必須考慮安全因素”。 

但相關人士都堅信:未來核工業最美好的前景就是回到過去。正如索倫森就取消熔鹽項目指出的:“從來沒人說過,‘我們可能錯了,也許應該回到從前,重新審視那個決定。’”。 

最早,但非最佳 

輕水反應堆之所以占主導地位,并不是因為最好,而是最早。它最初開發是在20世紀40年代后期,當時要為核動力的船舶和潛艇提供緊湊型的發電設備。20世紀50年代,美國試圖在原子能問題上扮演和平角色,于是創立了商業化的核能工業,輕水堆設計也由此得到改進和按比例增加。“輕水”是流過堆芯的普通水。它吸收了堆芯的熱能,再傳遞給常規核蒸汽機輪,從而將熱能轉化為電能。 

最后,這些反應堆組成一個更大的系統,補救了低效率的基本問題,因為如果只有單獨一個反應堆,會很快自己產生毒物。隨著連鎖反應進行,鈾原子裂變產生的碎片越積越多,為保證反應不斷進行反應需要吸收的中子越來越多。也許18個月以后,燃料燒完了就必須移去反應堆,即使里面還有很多原始能量。 

前美國能源部核能辦公室負責人、美國核管理委員現任委員威廉?馬格伍德說:“所以我們以前總想能有種回收二手燃料的基礎設備,可以再次獲得更多的燃料能量。”再處理工廠遍布世界。這些工廠回收用過的核燃料,再通過化學方式提取仍然可用的部分,多是鈾-235,還有不可裂變元素鈾-238吸收中子形成的可裂變元素钚-239,然后將它們變為新的反應燃料。最終,按計劃會轉變成新一代“增殖”反應堆,以使钚的產量最大化。唯一的廢料是極少的強放射性裂變殘留物,其中的放射性物質可能需要幾個世紀才能衰變。處理時這些殘留物將投入精心設計的混凝土貯倉。 

馬格伍德說,20世紀60年代到70年代早期,這種設想主導著美國的戰略發展,當局不再將多數研究費用用于非增殖反應堆設計,比如熔鹽反應堆。該方案運用廣泛:目前全世界運營的437座核電反應堆里,有356座是輕水反應堆。

但是后來,到了1974年5月,印度測試了一枚核彈,其中的鈾元素就是從核反應堆燃料中提取而來。世界各國政府突然間被迫面對一個地緣政治方面的事實:大規模商業化核燃料回收將導致肆無忌憚的核武擴散。因為每家再處理工廠都會處理成噸的钚元素,足以制造核彈。制造一件核武器只需要4到6公斤的钚。審查機構又如何確定誰都沒有改變這些钚的用途? 

所以,1977年4月,美國總統吉米?卡特禁止商用再處理。幾年以后,新任美國總統羅納德?里根廢除了該禁令,但是回收成本非常高,所以從那時起,僅有兩家法國的商用再處理工廠運營。大部分增殖反應堆的研究都停止了。因為沒有了再回收,它們的存在就變得毫無意義。工程師們發現自己面臨如何處理燃料廢棄物這個棘手問題。由于鈾-239的半衰期為2.41萬年,現在他們要使上萬噸二手核燃料離析,則需要幾百個世紀。可是,還沒人想到保證離析按時完成的方法。 

與此同時,在20世紀70年代,對安全問題的抗議與日俱增。不管出于什么原因,只要流過輕水反應堆的水流受阻,熱量就會困在堆芯。從技術上講,即使關閉反應堆,核裂產物仍會在放射性衰變過程中產生熱量,足以融化燃料,逃出反應堆。所有的輕水反應堆有緊

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