解讀：核能七十二變與未來能源發(fā)展

2000年，柯克?索倫森（KirkSorensen）還是美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration）的一名工程師。當(dāng)時(shí)，他在尋找為未來群居月球提供核動(dòng)力的備選方法。他偶然看到了一本描述熔鹽反應(yīng)堆的書，書中談到用液態(tài)核燃料作為能量來源。 

這聽起來有點(diǎn)不可思議，索倫森說道。據(jù)他所知，所有核反應(yīng)堆都用固態(tài)鈾做燃料，最初的“輕水”反應(yīng)堆現(xiàn)在在核能行業(yè)是主流。然而，這本書解釋說，田納西州的美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（OakRidgeNationalLaboratory）已對(duì)熔鹽反應(yīng)堆進(jìn)行三十多年的研究。而且，液態(tài)鈾、即含釷燃料具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。例如，即使遭遇災(zāi)難性的核反應(yīng)堆堆芯溶化，熔鹽反應(yīng)堆也不會(huì)受影響，不會(huì)產(chǎn)生帶有钚及其他長(zhǎng)期存在的放射性同位素的核廢料，會(huì)將那些同位素完全破壞掉。

索倫森說，優(yōu)勢(shì)數(shù)不勝數(shù)，“幾乎所有熔鹽解決核能問題的方式都可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過”輕水反應(yīng)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(gè)問題，不僅僅就熔鹽反應(yīng)堆一事。由于戰(zhàn)爭(zhēng)安排，美國(guó)研究項(xiàng)目1976年放棄了那項(xiàng)特別技術(shù)的研究。不過，它僅僅是在核能商業(yè)化大潮中第一波就擱淺的眾多替代技術(shù)之一。其他的技術(shù)還包括能夠燃耗核廢料的“快速”反應(yīng)堆，以及大量減少溫室氣體排放的工業(yè)無碳供熱高溫反應(yīng)堆�？傮w來看，這些替代技術(shù)可以彌補(bǔ)大部分、甚至是所有核能的缺陷。而數(shù)十年來，因?yàn)槿粘逃?jì)劃和融資水平都在不斷變化，研究人員對(duì)這些技術(shù)的關(guān)注也時(shí)斷時(shí)續(xù)。 

現(xiàn)在，改變或許即將到來。過去十年中，一些國(guó)家對(duì)安全無碳能源的需求激發(fā)了政府對(duì)替代核能技術(shù)的興趣，企業(yè)也在努力重啟并推廣一些核能設(shè)計(jì)。特別是在中國(guó)等發(fā)展迅猛的國(guó)家。樂觀人士認(rèn)為，即使去年發(fā)生了日本福島第一核電站的災(zāi)難，也最終會(huì)推動(dòng)人們選擇更安全的核反應(yīng)堆。去年，索倫森為促進(jìn)熔鹽反應(yīng)堆商業(yè)化在阿拉巴馬州亨茨維爾創(chuàng)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(fā)商用快速反應(yīng)堆的通用電氣-日立核能這種工業(yè)巨頭，大小企業(yè)都希望準(zhǔn)備就緒。 

然而，復(fù)興這些技術(shù)并非一日之功，不會(huì)一蹴而就。盡管基礎(chǔ)設(shè)計(jì)幾十年前就已完成，但要實(shí)際運(yùn)行，工程師們還必須進(jìn)行多種開發(fā)，如開發(fā)防輻射材料、更高效的換熱器、改良的安全系統(tǒng)。然后，他們必須向監(jiān)管機(jī)構(gòu)證明，所有這些安全系統(tǒng)都能發(fā)揮作用�！昂瞬⒎且资隆保�馬薩諸塞州劍橋市“憂思科學(xué)家聯(lián)盟”（UnionofConcernedScientists）的高級(jí)全球安全分析師埃德溫?萊曼（EdwinLyman）表示，“它成本高，見效慢，風(fēng)險(xiǎn)極大，因?yàn)楸仨毧紤]安全因素”。 

但相關(guān)人士都堅(jiān)信：未來核工業(yè)最美好的前景就是回到過去。正如索倫森就取消熔鹽項(xiàng)目指出的：“從來沒人說過，‘我們可能錯(cuò)了，也許應(yīng)該回到從前，重新審視那個(gè)決定�！�”。 

最早，但非最佳 

輕水反應(yīng)堆之所以占主導(dǎo)地位，并不是因?yàn)樽詈�，而是最早。它最初開發(fā)是在20世紀(jì)40年代后期，當(dāng)時(shí)要為核動(dòng)力的船舶和潛艇提供緊湊型的發(fā)電設(shè)備。20世紀(jì)50年代，美國(guó)試圖在原子能問題上扮演和平角色，于是創(chuàng)立了商業(yè)化的核能工業(yè)，輕水堆設(shè)計(jì)也由此得到改進(jìn)和按比例增加�！拜p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(guī)核蒸汽機(jī)輪，從而將熱能轉(zhuǎn)化為電能。 

最后，這些反應(yīng)堆組成一個(gè)更大的系統(tǒng)，補(bǔ)救了低效率的基本問題，因?yàn)槿绻�只有單�?dú)一個(gè)反應(yīng)堆，會(huì)很快自己產(chǎn)生毒物。隨著連鎖反應(yīng)進(jìn)行，鈾原子裂變產(chǎn)生的碎片越積越多，為保證反應(yīng)不斷進(jìn)行反應(yīng)需要吸收的中子越來越多。也許18個(gè)月以后，燃料燒完了就必須移去反應(yīng)堆，即使里面還有很多原始能量。 

前美國(guó)能源部核能辦公室負(fù)責(zé)人、美國(guó)核管理委員現(xiàn)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(chǔ)設(shè)備，可以再次獲得更多的燃料能量�！痹偬幚砉�廠遍布世界。這些工廠回收用過的核燃料，再通過化學(xué)方式提取仍然可用的部分，多是鈾-235，還有不可裂變?cè)�素�?238吸收中子形成的可裂變?cè)�素�?239，然后將它們變?yōu)樾碌姆磻?yīng)燃料。最終，按計(jì)劃會(huì)轉(zhuǎn)變成新一代“增殖”反應(yīng)堆，以使钚的產(chǎn)量最大化。唯一的廢料是極少的強(qiáng)放射性裂變殘留物，其中的放射性物質(zhì)可能需要幾個(gè)世紀(jì)才能衰變。處理時(shí)這些殘留物將投入精心設(shè)計(jì)的混凝土貯倉(cāng)。 

馬格伍德說，20世紀(jì)60年代到70年代早期，這種設(shè)想主導(dǎo)著美國(guó)的戰(zhàn)略發(fā)展，當(dāng)局不再將多數(shù)研究費(fèi)用用于非增殖反應(yīng)堆設(shè)計(jì)，比如熔鹽反應(yīng)堆。該方案運(yùn)用廣泛：目前全世界運(yùn)營(yíng)的437座核電反應(yīng)堆里，有356座是輕水反應(yīng)堆。

但是后來，到了1974年5月，印度測(cè)試了一枚核彈，其中的鈾元素就是從核反應(yīng)堆燃料中提取而來。世界各國(guó)政府突然間被迫面對(duì)一個(gè)地緣政治方面的事實(shí)：大規(guī)模商業(yè)化核燃料回收將導(dǎo)致肆無忌憚的核武擴(kuò)散。因?yàn)槊考以偬幚砉�廠都會(huì)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(jī)構(gòu)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(guó)總統(tǒng)吉米?卡特禁止商用再處理。幾年以后，新任美國(guó)總統(tǒng)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(shí)起，僅有兩家法國(guó)的商用再處理工廠運(yùn)營(yíng)。大部分增殖反應(yīng)堆的研究都停止了。因?yàn)闆]有了再回收，它們的存在就變得毫無意義。工程師們發(fā)現(xiàn)自己面臨如何處理燃料廢棄物這個(gè)棘手問題。由于鈾-239的半衰期為2.41萬年，現(xiàn)在他們要使上萬噸二手核燃料離析，則需要幾百個(gè)世紀(jì)�？墒�，還沒人想到保證離析按時(shí)完成的方法。 

與此同時(shí)，在20世紀(jì)70年代，對(duì)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(yīng)堆的水流受阻，熱量就會(huì)困在堆芯。從技術(shù)上講，即使關(guān)閉反應(yīng)堆，核裂產(chǎn)物仍會(huì)在放射性衰變過程中產(chǎn)生熱量，足以融化燃料，逃出反應(yīng)堆。所有的輕水反應(yīng)堆有緊