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美國的核廢料中有足夠的能源為整個國家提供100年的電力，這樣做可以幫助解決管理乏核廢料這一棘手和政治上令人擔憂的問題。這是美國愛達荷州國家實驗室的副實驗室主任 Jess C Gehin的研究成果，愛達荷州國家實驗室是美國首屈一指的能源研究實驗室之一。

將核廢料轉(zhuǎn)化為能源所需的技術被稱為核快速反應堆，已經(jīng)存在了幾十年。出于政治和經(jīng)濟原因，該技術從未在商業(yè)規(guī)模上開發(fā)過?，F(xiàn)在，通過能源電網(wǎng)脫碳來應對氣候變化的緊迫性越來越大，核能已成為清潔能源的一部分。因此，核快速反應堆再次受到認真的審視。

核能專家Brett Rampal說：“對我來說，感覺快堆技術比以往任何時候都更真實?！?007年，他在佛羅里達大學完成了關于該技術研究的一個課題，還清楚地記得他的教授們當時都在爭論這項技術的未來。

經(jīng)過驗證的技術

據(jù)美國核監(jiān)管委員會發(fā)言人Scott Burnell稱，美國55個核電站有93座商業(yè)核反應堆，其中26個正處于退役進程中。在美國運行的所有核反應堆都是輕水堆設計。在輕水堆中，鈾-235燃料為裂變反應提供動力，其中原子核分裂成更小的原子核并釋放能量。能量加熱水，產(chǎn)生蒸汽，用于為發(fā)電機供電和發(fā)電。

核裂變反應會留下放射性廢物，必須小心處理。美國約有80,000公噸舊燃料來自輕水核堆，現(xiàn)有的核電站每年新增約2,000噸乏燃料。但在輕水堆運行其由鈾-235供電的反應堆后，剩余部分仍有巨大的能源潛力。Gehin在接受采訪時表示：“從輕水反應堆中，我們從地下開采出來的鈾中，使用了從地下挖出的鈾中一半的能量。”“如果通過快速反應堆回收燃料，可以獲得大部分能量?！?快堆不會減慢裂變反應中釋放的中子，更快的中子會產(chǎn)生更有效的裂變反應。Gehin說：“快中子反應堆可以更有效地將以乏燃料為主的鈾-238轉(zhuǎn)化為钚，這樣就可以實現(xiàn)裂變。”

在美國，快速核反應堆的技術已經(jīng)存在了五十多年。一家名為EBR-II的快速反應堆工廠于1958年開始建造，并于1964年至1994年運營，直到國會停止資助。Gehin表示：“我們在現(xiàn)場運行了EBR II反應堆30年，這是一項非常安全的技術。該技術的所有基礎都已得到證實?！彪m然快速反應堆將減少核廢料的數(shù)量，但不會完全消除。仍然有廢物需要處理，但乏燃料數(shù)量可以大大減少。

為什么快堆從未實現(xiàn)規(guī)模應用

在上個世紀中葉，核能被視為最終耗盡有限化石燃料供應的解決方案。與此同時，有人擔心沒有足夠的鈾來為美國需要的常規(guī)核反應堆提供燃料。Gehin表示，開發(fā)快速反應堆可以解決這兩個問題：它們產(chǎn)生大量能源，只使用少量的鈾燃料。但后來情況變了?！拔覀冮_始發(fā)現(xiàn)實際上有相當多的鈾。因此，沒有必要盡可能有效地使用乏燃料“。

Gehin說，然后，整個核能開始失寵，這主要是因為1979年賓夕法尼亞州三英里島的核事故。此外，經(jīng)濟競爭性一個因素。煤炭，以及后來的天然氣，仍然豐富而便宜。快速反應堆通常被認為比傳統(tǒng)的輕水反應堆更昂貴，使其成為一個沒有吸引力的投資領域。

2022年由于俄羅斯在烏克蘭的戰(zhàn)爭，能源價格飆升，以及越來越多的公眾要求轉(zhuǎn)向不排放溫室氣體的能源，核能重要性正在再次顯現(xiàn)。Gehin說，與此同時，科學家正在考慮重新設計快速反應堆技術，使其更具成本效益。

目前，俄羅斯是唯一一個使用快速反應堆技術發(fā)電的國家，印度和中國也有計劃在未來建造商用快速反應堆。在2019年，美國能源部宣布正在建造多功能試驗反應堆，但沒有在2022財政年度的總括融資法案中得到資助。但初創(chuàng)公司Oklo和TerraPower以及能源巨頭Westinghouse正在研究快速反應堆技術。

私營公司正在努力創(chuàng)新和商業(yè)化快速反應堆設計，但也面臨重大的基礎設施障礙。在核廢料可用于快速反應堆之前，必須經(jīng)過后處理。目前，只有俄羅斯有能力大規(guī)模做到這一點。Gehin說，法國也有回收廢舊核廢料的能力，但通常將其回收燃料放回現(xiàn)有的輕水反應堆中。

Gehin表示，目前，愛達荷州國家實驗室可以為研發(fā)重新加工足夠的燃料，但不會更多。將快速反應堆技術商業(yè)化的私營公司正在推動國內(nèi)燃料供應鏈的發(fā)展。

為快速反應堆提供燃料的另一種選擇是從零開始制造HALEU(即高檢測低濃縮鈾)，而不是通過回收核廢料。在傳統(tǒng)反應堆使用鈾濃縮高達5%時，HALEU的鈾濃縮高達20%。Gehin表示，直接生產(chǎn)HALEU比回收廢棄物更容易，但最終，更便宜的選擇將成為贏家。俄羅斯目前是唯一一個有能力在商業(yè)規(guī)模上制造HALEU的國家。

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