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中国的“粒子束炮”是核电的突破

2022-06-14 14:01     来源:THOMAS CORBETT和PETER W. SINGER     核技术

它承诺回收乏核燃料,使其更便宜、更不危险——并推动北京走向能源独立。

中国科学院近代物理研究所最近完成的原型“粒子束炮”听起来像科幻小说,但它是一项有望回收核反应堆产生的危险废物的新技术。作为中国对先进核能系统进行巨额投资的产物,这一突破可以推动中国走向能源独立,并进一步巩固其在气候友好型技术方面的全球领导地位。

在典型的裂变反应堆中,铀 235 等重同位素原子被分解,释放能量。该过程还释放出额外的中子,这些中子与其他原子碰撞并在连锁反应中将它们分开。破碎的原子是 乏燃料,冷却几年,然后小心储存几个世纪。但是,一种用这种“大炮”建造的新型反应堆——正式名称为质子加速器——可以回收这种乏燃料,使发电更便宜、更安全。

正如设想的那样,加速器驱动系统或ADS由三部分组成:质子加速器发射质子,散裂目标包含要分裂的重元素,以及亚临界反应堆含有引起裂变的燃料。加速器向被乏燃料和新鲜裂变材料(最有可能是钍 232 或铀 238)包围的重元素(很可能是铋)发射质子。目标分裂,释放出被乏燃料吸收​​的中子,将其重新变成易裂变重同位素——即新鲜的核燃料。重要的是,这个过程是自我终止的,不会冒连锁反应或崩溃的风险。现代物理研究所完成的原型加速器是向 ADS 工作迈出的一大步,也是中国对先进核能系统的巨额投资为新的创新带来红利的典型例子。

与许多 完全放弃核能的政府不同,中国将裂变视为更安全未来的关键。核能比风能或太阳能更有效,而且与化石燃料不同,它不会排放温室气体和颗粒物空气污染。中国的每日石油消耗量位居世界第二,但对越来越多的能源的无情需求使其处于不稳定的境地。中国 70% 以上的石油来自进口,主要来自中东,并且必须通过众多海上阻塞点。中国被预定从现在到 2035 年,花费 4400 亿美元建造至少 150 座以上的核反应堆。如果中国能够继续发展 ADS 技术,这些工厂产生的废物可以得到很好的利用和回收,以生产更多的能源来满足其日益增长的需求。

北京还旨在 通过开发新的、本质上更安全的系统来减少放射性泄漏和不受控制的连锁反应的可能性。虽然福岛和切尔诺贝利核灾难是最有名的可能出错的例子,但中国在 2021 年 6 月也面临着自己的问题,当时广东省的台山核电站可能因燃料棒故障而发生辐射泄漏。中国计划斥资近 100 亿美元建造新一代远洋浮动核电站,同时探索核聚变作为更安全的裂变替代方案。

中国在核领域的支出超过了美国。自 2009 年以来,能源部已拨款不到 9 亿美元用于改善核基础设施和复原力。按照美国核界的标准,这是一个重大新闻,当时美国能源部宣布为核能大学计划追加 4880 万美元,其中 2400 万美元用于燃料循环研究和开发。美国能源部200 亿美元的清洁能源示范办公室可能会为核项目提供额外资金,旨在创新新能源。

目前,美国正在建设两座新工厂,即 佐治亚州韦恩斯伯勒附近的Vogtle 3 号和 4 号机组,而另一座 NuScale 反应堆仍处于规划阶段。在此之前,美国最近的核电站分别于1996 年和 2016 年投入使用。与此同时,美国目前有21座核反应堆正在退役。尽管改进技术使核能在该国电力中的份额保持在20% 左右,但目前对美国 2050 年能源组合的展望显示核能份额显着下降。

中国在粒子束加速器和 ADS 方面的工作对于该国的工业、能源战略以及在从技术到气候变化等更广泛问题的全球领导地位具有重要意义。如果美国继续投资于创新,那么这些新的选择和技术也可能对它变得可行。大多数专家一致认为,通过 ADS 等方法实现的先进核能比其前辈安全得多,并且可能对世界在未来几十年实现其气候目标至关重要。虽然中国肯定在朝着能源领先的目标迈进,但这并不意味着它是唯一可以受益的国家。

Thomas Corbett 是 BluePath Labs 的研究分析师。他的重点领域包括中国对外关系、新兴技术和国际经济。 

PW Singer 是 New America 的战略家。


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