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核能要重出江湖

2010-03-22 08:33:55 科技日報   作者: 駐英國記者劉海英  

不久前,美國總統(tǒng)奧巴馬在其國情咨文中宣稱,美國將建造新一代核電站,其在隨后的2011年預(yù)算資金中計劃投入到核能工業(yè)方面的資金也大幅增加。美國此舉與一些歐洲國家不謀而合,如英國就計劃將核能發(fā)電比例提高到其總量的20%。核能再次受到了各國的青睞。

核能的春天似乎不遠了。在全球能源供應(yīng)日益緊張而節(jié)能減排的呼聲一浪高過一浪之際,核能重新獲得尊崇地位不足為奇:大量利用核能可降低對化石燃料的使用,從而有助于減少碳排放,而更重要的是,與其他的可再生能源,如風能、太陽能不同,核能可以在任何天氣狀況下都保持穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

但就目前的技術(shù)而言,核能還無法成為解決人類能源危機的萬能靈藥,其自身存在的問題亟待解決。切爾諾貝利事故的后果讓人無法釋懷,而核廢料放射性的漫長衰變期也必須面對。

與傳統(tǒng)的裂變反應(yīng)堆相比,聚變反應(yīng)堆曾被認為是可解決人類能源問題的良藥:它不會產(chǎn)生具有漫長衰變期的核廢料,也無需水之外的其他燃料。但聚變反應(yīng)堆也有自己的短板:反應(yīng)堆堆芯龐大,可自持續(xù)的聚變反應(yīng)需要3300立方米的堆芯才行,這比目前在法國建設(shè)的世界上最先進的核聚變項目ITER的堆芯體積還要大三倍;如何建造一個可承受高能中子爆炸沖擊力的核反應(yīng)堆壁是又一個難題,目前這樣的建造材料還不存在。因此,專家認為,想要聚變反應(yīng)堆在技術(shù)上和經(jīng)濟上皆具有可行性,還需要科學家再勤勉研究50年。

最近,英國倫敦大學的朱利安·亨特教授和前ITER項目的高級科學家格雷厄姆·奧康納聯(lián)合撰文指出,也許混合式核反應(yīng)堆才是未來人類能源供應(yīng)的支柱。

所謂混合式核反應(yīng)堆核,即將裂變和聚變兩種形式的核電技術(shù)融合到一個核反應(yīng)堆內(nèi)。這一概念并不新奇,已經(jīng)存在了數(shù)十年,在科技文獻中和國際原子能機構(gòu)里也曾有過討論,但至今為止,這一概念也僅存于學界,并未向政府、工業(yè)界以及廣大公眾進行過推介和解釋。

與單一的裂變反應(yīng)堆相比,混合式反應(yīng)堆具有極大優(yōu)勢:其對環(huán)境的影響將減至最小,核泄露的風險會大大降低,所可利用的核燃料蘊量豐富,反應(yīng)堆的操作也更加靈活。而與聚變反應(yīng)堆相比,混合式反應(yīng)堆中的裂變反應(yīng)可大量減少外流能量,從而減少對反應(yīng)堆壁的沖擊,這意味著現(xiàn)有材料可以使用;而裂變產(chǎn)生的能量回流,可使得反應(yīng)堆能夠持續(xù)反應(yīng),相對減小反應(yīng)堆堆芯的體積要求,使其比純聚變反應(yīng)堆的堆芯小得多,也就相當于ITER的堆芯大小。

混合式核反應(yīng)堆還有其他優(yōu)點。

第一,混合堆中裂變反應(yīng)的燃料多樣,包括傳統(tǒng)裂變反應(yīng)堆產(chǎn)生的核廢料,它能夠?qū)⑦@些衰變期長達萬年的核廢料轉(zhuǎn)變?yōu)樗プ兤谥挥袔装倌甑耐凰亍_@不僅會解決許多核工業(yè)的廢料處理問題,也可能有助于減少世界上用于制造核武器的钚和其他材料的生產(chǎn)。

第二,混合堆可以解決傳統(tǒng)反應(yīng)堆所面臨的高濃縮鈾短缺問題。因為它只需要低濃度的鈾和釷即可運行,而這些材料在世界上分布廣泛且豐富。同時,相比傳統(tǒng)反應(yīng)堆,混合反應(yīng)堆的風險也大大降低,反應(yīng)失控的問題基本不存在。

最后,混合反應(yīng)堆的輸出功率可以輕易改變,這使得核電可以與具有不可測定預(yù)知性的可再生能源結(jié)合,從而為人類提供穩(wěn)定的電力輸出。

混合反應(yīng)堆的前景如此誘人,人們對混合堆的興趣也在逐漸增長。中國合肥的高能物理研究所計劃在2020年建造一個原型堆,而其他一些國家,包括ITER項目的參與國,也在寄望于混合堆的研發(fā)。2010年2月,英國科學大臣保羅·德拉森建議說,英國應(yīng)加強核能研究,并考慮混合系統(tǒng),而美國能源部長朱棣文也屢次提到混合反應(yīng)堆。

具有可操作性的混合反應(yīng)堆技術(shù)距離實際應(yīng)用還很遙遠,但核裂變和核聚變所固有的問題和不確定性使得這項研究具有十分現(xiàn)實的重要意義。一個中型的反應(yīng)堆幾乎就可以為一個國家提供可靠的、無窮盡的能源,而要達到這個目的,最需要的是政府、科學家和環(huán)保主義者的廣泛理解和支持。




責任編輯: 江曉蓓

標簽:核能 江湖