复读-我们的核废料是一座金矿

您已经阅读了2篇免费月刊文章中的1篇。了解更多。

我们的核废料是一座金矿

废铀发电技术遭遇政策壁垒。

如果美国的核废料能转化为电能,它就能为美国提供下个世纪的电力。超过77000吨…作者:约翰·厄普顿

如果美国的核废料可以转化为电能,那么它就可以为这个国家提供下个世纪的电力。超过7.7万吨的钚、镅和其他铀裂变的放射性残留物已经堆积在美国的原子能发电厂,变成了放射性废物仓库。这些被称为超铀物质的物质具有数千年的放射性,储存在地上混凝土封闭的水池和钢桶中,引发了关于它们应该埋在哪里的无休止的政治斗争。2013年8月,美国哥伦比亚特区巡回上诉法院命令政府恢复对尤卡山垃圾场的规划,但核管理委员会表示,它缺乏资金。

但有一个更好的解决办法:核废料可以转化为电能。被称为第四代反应堆的新一代核反应堆可以高效地完成这项任务。在这个过程中,超铀元素将被分解成在更短时间内保持放射性的元素,从而缓解我们的能源和废物问题。作为一个国家,我们正坐在一座放射性金矿上。但开采黄金的经济学是复杂的。要让新反应堆运转起来,新的经济政策必须首先起作用。

美国现有的核反应堆(以及世界上大多数其他反应堆)使用轻水技术,将铀棒浸泡在水里,水可以作为冷却剂。铀原子在裂变时释放能量:在捕获一个移动的中子后,它们分裂成两个新元素,释放出两到三个中子以及热量,这些热量将水沸腾成蒸汽,旋转涡轮发电。1.随后的一系列原子反应产生钚和其他元素。

为了使裂变反应继续进行,释放的中子需要与铀原子碰撞。但是中子移动太快,无法被捕获。他们需要放慢速度,这是通过使用围绕着控制棒的水来实现的。水分子将中子减慢到持续裂变反应所需的速度。

作为一个国家,我们正坐在一座放射性金矿上。

只有5%的铀原子在棒中充满裂变产物并从反应堆中取出加入我们的核废料储备时被耗尽。该棒的钚原子及其剩余的铀原子可以在轻水反应堆中进一步裂变,但效率较低。钚需要快速移动的中子来分裂原子。带有快中子的反应堆称为快堆,第四代反应堆就是一个例子。

通过第四代反应堆运行废铀棒将使这些棒中的能量几乎完全被提取。核能工业贸易协会核能研究所(Nuclear energy Institute)政策制定高级主管保罗·热那亚(Paul Genoa)表示:“与其从燃料中提取5%或6%的能量,还不如接近95%左右。”。此外,第四代反应堆将产生比超铀反应堆衰变快得多的元素。GE日立核能公司技术主管埃里克·洛文(Eric Loewen)表示:“超铀元素的半衰期约为数十万年。”。“但在我们将它们分解成碘和其他元素后,它们的半衰期大约为10到30年。”

通用日立已经完成了名为PRISM(动力堆创新小型模块)的第四代快堆的设计工作,并准备将其提供给电力公司。在棱镜反应堆中,钚燃料棒将悬浮在大量液态钠中。核反应产生的热量会使堆芯外壳外部的水沸腾;蒸汽会上升并旋转涡轮机发电。

快堆的想法并不新鲜。但60年来没有建造过一座快堆。美国建造的第一座反应堆是快堆,1951年开始运行。它能够同时使用铀和铀裂变反应产生的钚。当时,铀被认为是一种稀有商品,因此反应堆最大限度地提取燃料非常重要。当地质学家发现地球上有大量的铀时,铀变得便宜且被广泛使用,从而不再需要更高效的反应堆。使用钠的快堆也引起了安全问题。钠极易燃烧,与水发生剧烈反应。俄罗斯和印度的快堆因钠泄漏而起火。

但通用日立表示,它设计的PRISM是防漏的,因为反应堆将装在一个不会腐蚀的不锈钢外壳内。还有一个泄漏检测系统。Loewen说,与轻水反应堆相比,PRISM也具有安全优势,因为燃料、冷却剂和包壳都是由金属制成的,其热阻比水低。在过热的情况下,热量更容易从反应堆容器逸出到空气中,而不会炸毁泵和阀门。(铅或熔盐也可以用作快堆的冷却剂,但钠有一个重要的优点,它不会腐蚀不锈钢。)

只有5%的铀原子在棒中充满裂变产物并从反应堆中取出加入我们的核废料储备时被耗尽。

因此,围绕快堆的技术问题大大减少了。现在主要的障碍似乎在于经济学。快堆技术是昂贵的,目前是“不经济的,”加州大学伯克利分校核工程系的教授Per Peterson说。通用日立公司典型的水基反应堆发电量为1600兆瓦,而棱镜装置发电量约为600兆瓦。对于核工业来说,建造产生废物的轻水反应堆比投资消耗废物的快堆要便宜。当压裂天然气使电力成本保持在较低水平时,提高核能批发价格是不可行的。事实上,低电价导致加州、威斯康星州、佛蒙特州、佛罗里达州和新泽西州的核电站关闭或即将关闭。

核能研究所的热那亚说:“工业目前处于一种脆弱的状态。”。“我们不想做的是在经济可行之前被迫承担开发这种回收技术的负担。”

彼得森认为,这项技术自然会走向市场。“如果燃料很容易用回收材料制造,那么这将是最便宜的来源,”他说。然而,到目前为止,美国仍在推行一项已有31年历史的计划,即掩埋核废料,而不是在下个世纪利用其能源。改变这一计划需要新的政策,使快堆技术对电力公司具有吸引力,但决策者似乎陷入了僵局。热那亚说:“我们的监管机构还没有准备好这样做。”。“商业和营销方面都有延误。目前尚不清楚如何为最初的几家工厂融资。”

英国政界人士的目标是通过立法弥合金融缺口。2004年,他们通过了一项能源法,为将核废料转化为能源的公司提供补贴。这就是为什么2011年,通用日立公司将PRISM带过池塘。该公司提交了他们的反应堆设计,供英国政府考虑,并希望在今年年底前能得到回应。PRISM的发电量不如可比的常规反应堆,但其所有者将有两个收入来源:一个来自电力销售,另一个来自政府补贴。洛温说:“从商业角度来看,英国的近期机会似乎比我们自己国家的情况更加一致。”

其他人也同意。两年前,当时麻省理工学院的核专家穆吉德·卡齐米(Mujid S.Kazimi)和欧内斯特·莫尼兹(Ernest Moniz)合著了一篇论文,得出结论认为铀将保持如此廉价和易得性,以至于在“未来几十年”内,常规反应堆仍将是美国首选的核选择

卡齐米还提到了其他担忧,包括担心将核废料提炼成燃料的技术可能被窃取并用于生产核武器。还有人担心,在前往新反应堆的途中,超铀反应堆可能会被劫持(尽管运输到掩埋地点也存在同样的风险),这意味着能够处理我们的放射性金矿的反应堆目前已不再被关注。至少在未来几十年,我们将继续浪费核废料。


约翰·厄普顿是印度新德里的一名自由撰稿人。他的作品发表在杂志上纽约时报还有格里斯特。他喜欢报道病原体、真菌、气候和污染。

第007期

浪费

探讨这个问题

40条评论-加入讨论