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瑞士初创企业希望“改造”核能

2022-02-09 18:58     来源:swissinfo.ch     粒子加速器 粒子加速器

Transmutex(源自技术术语“核嬗变”一词)公司正在研发一种采用钍而非铀作为燃料的新型核反应堆,此类反应堆可以更为安全地发电,而且不会排出高放射性的废料。这会是有助于向零碳排放社会过渡的一项创新吗?

 核能发电约占世界电力消费总量的10%。 Keystone / Giroscience / Science Photo Library

核物理学家费德里科·卡荷米纳提(Federico Carminati) 在接受瑞士资讯SWI swissinfo.ch采访时肯定地表示,“当一位诺贝尔奖得主邀请你和他一起工作时,你会很难拒绝。”接到日内瓦欧洲核子研究中心当时的负责人卡洛·鲁比亚(Carlo Rubbia)来电时的情形仍令他历历在目,“那是1990年,我是欧洲核子研究中心的一名年轻雇员,鲁比亚先生邀请我参与一个新型核反应堆的开发项目。”卡荷米纳提讲述道。

这一项目令人振奋不已,但钍反应堆与粒子加速器相结合的想法最终却遭到雪藏,核工业对新生事物兴趣索然,放射性残渣及其存储问题当时还并未迫在眉睫。

30年后,时代改变了。对卡荷米纳提来说,重新考证鲁比亚项目的契机到了。2019年,他与法国企业家富兰克林·塞尔万-施莱伯(Franklin Servan-Schreiber)共同创立了初创公司Transmutex,他们的目标是从本质上“改造”核能。

钍取代铀

核电站利用核反应产生的热量进行发电,在传统反应堆中,燃烧材料-通常是铀或钚-被溶解在中子反应堆中。原子进行分裂(裂变过程)释放出能量并产生更多中子,从而引发连锁反应,裂变产生的热量被用来产生水蒸汽并最终发电。

核电站不间断地进行大规模发电且不排放温室气体。然而,包括瑞士在内的许多国家对其产生的放射性残渣在何处进行封存却不甚了了。

Transmutex公司的解决方案是采用钍而非铀作为燃料。钍是一种弱放射性金属,广泛分布在地壳的岩石中,并且蕴藏丰富。“钍比铀分布均匀。”卡荷米纳提指出。大多数用作核燃料的铀都是从哈萨克斯坦、澳大利亚以及加拿大的矿场开采出来的。

钍在处于次临界状态的反应堆内进行裂变,通过粒子加速器输入中子,这意味着与传统核电站不同,该设施无法维持连锁反应:一旦中子流量中断,反应堆就会立刻关闭,此项功能可以预防类似1986年切尔诺贝利(Chernobyl)核事故的重演。

残渣减少

卡荷米纳提认为,装有粒子加速器的钍反应堆的优点不胜枚举。相对于采用铀的核电站,钍衍生出的残渣的放射性衰变时间缩短了很多,其衰变时间为300年而不是30万年,而且危险残渣的数量也显著降低。“我们说的是几公斤而不是几吨。”这位核物理学家表示。

其次,钍循环还具有防止核扩散的优势。卡荷米纳提肯定地指出,钍裂变反应产生的热量也不足以用于制造原子弹。

事实还远不止此,钍反应堆也可回收现有核电站的废料。超快运动的带电粒子流可以燃烧放射性残渣并产生能量。此外,在技术术语中之所以被称为“核嬗变”(初创公司Transmutex因此命名),是因为一些短寿的放射性废料也可转化为稳定元素。“这种可能性能够解决高放射性残渣的囤积与储存问题。”卡荷米纳提肯定地表示。

与俄罗斯和美国合作

Transmutex公司希望利用瑞士与国外的先进技术,与瑞士最重要的自然、工程学研究中心-保罗谢尔研究所(PSI)一起,该公司意欲打造一个比目前用于治疗癌症的粒子加速器更具功效的加速器。

这家初创公司还与国际伙伴联手合作,专门为潜艇生产核引擎的俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)研究发展钍反应堆的可行性;作为美国最重要的核研究实验室之一的阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)也在研究钍燃料。

“我们拥有建造新型反应堆的所有基本要素,现在剩下的工作就是着手组合。”卡荷米纳提表示,Transmutex公司的目标是在21世纪30年代初建立一处新型模块化反应堆。

核能“重生”?

新一代核电的时机似乎已经成熟,减少二氧化碳排放的需要以及对长期停电的担忧使由于福岛核危机似乎已穷途末路的核能再次令人瞩目。

一些国家正在开始筹建更严密、更简朴、更安全并且造价更低廉的核反应堆。美国总统乔·拜登(Joe Biden)已拨出25亿美元用于先进反应堆的研究与工业试点;比尔·盖茨(Bill Gates)创办的泰拉能源公司(TerraPower)已经准备建造数百个微型钠盐核电站计划中的首家电站,采用与Transmutex公司不同技术的中国第一个钍核反应堆将很快投入运行。

欧洲的核能“重生”项目也在紧锣密鼓的进行之中,欧盟委员会(European Commission)希望将原子能像天然气一样列入“绿色”能源,以促进能源转折。这一想法得到了法国的支持,但却遭到德国的反对,德国在福岛核事故后决定关闭国内的所有核电站。

瑞士也选择循序渐进地放弃核能。然而,资产阶级党派的代表们呼吁将核能作为长期能源战略的一部分重新加以考虑,以避免能源短缺问题。瑞士能源俱乐部(Club Energie Suisse)- 一个核能拥护者组织- 不排除发起一项名曰“停止停电”的公民动议,该动议旨在废除2017年瑞士全民公投通过的“禁止建造新核电站”(多语)外部链接的决定。

未来更多清洁电力

“如果在10年内,我们能够拥有一项灵活、模块化并且小规模的技术来生产清洁且安全的能源,那将妙不可言。”苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)能源科学中心主任克里斯丁·沙夫纳(Christian Schaffner)告诉瑞士资讯SWI swissinfo.ch,“我们出行和供暖都需要电力,我们需要越来越多的清洁电力。”

然而,沙夫纳指出,也许要到20年后,我们才会拥有一家连接到电网的新型电站。“我认为我们没有足够时间去解决气候危机。”他肯定地说,需要考虑的另一方面是此类电站的成本和收益性。“太阳能发电目前比传统核能价格更为低廉,新型核能与太阳能相比是否能在性价比上更胜一筹?”沙夫纳对此心存疑惑。这位专家认为,尽可能发挥现有核电站的效用将更有意义。

几位曾经在美国、英国、法国和德国核能监管与安全机构工作的权威人士则更是持批评态度,他们坚持认为,核能不应作为气候危机的解决方案。“核电(包括新一代核电)既不清洁,也不安全,还不智能,而且这项技术非常复杂,甚至有可能引发重大灾难。”他们在一份联合声明中指出。

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