加速器驱动系统:利用核废料发电的新途径

2026-02-25 14:49  来源:维度网  浏览:  

20世纪80年代末,欧洲核子研究中心(CERN)总干事卡洛·鲁比亚组建了一个特别工作组,旨在设计一种利用放射性材料发电的新方法。这种方法需要避免产生可用于制造核弹的产品,并尽可能减少或消除长期核废料,同时保持成本效益以实现大规模应用。

这种技术被称为加速器驱动系统(ADS),它通过粒子加速器驱动核反应,将放射性物质嬗变为大部分惰性的废物。与传统核反应堆不同,ADS内部从未接近临界质量,从而降低了安全风险。

反应堆设计为一个容纳约7000吨熔融铅的大容器,放射性物质如钍、未浓缩铀或核废料溶解其中。介质不限于铅,其他液态重金属如汞也可使用。粒子加速器将质子加速至高速度,撞击原子产生中子,这些中子引发放射性原子分裂并释放能量。

在加速器驱动系统中,放射性原子如锶-90会衰变为稳定物质。据项目参与者史蒂夫介绍,ADS衰变的大部分材料最终成为非放射性的铅-207。废物储存约300年后,其放射性水平可与煤灰相当,远低于传统核废料需看守数万年的要求。

基于佛蒙特扬基核电站的粗略计算显示,传统核电站仅消耗2%到3%的燃料,剩余97%到98%的未使用燃料可被ADS利用。该核电站的乏燃料可能为ADS提供超过500年的电力,产生与原始电站相当的功率。

史蒂夫指出,加速器驱动系统的建设面临挑战,主要是需要更先进的粒子加速器。圆形或直列式加速器虽可行,但成本和技术要求较高。然而,近期进展显示,美国能源部杰斐逊实验室的科学家已开发出专门用于ADS的粒子加速器,并正在测试铌锡腔以提高效率。

加速器驱动系统为核废料处理提供了新思路,通过嬗变减少长期放射性废物,同时利用现有核废料发电。尽管传统核电仍产生废料,但ADS技术有望推动核能领域向更可持续的方向发展。

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