钍能驱动下一代核反应堆吗?

由:Jesslyn盾牌|

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印度孟买巴巴原子能研究中心(BARC)的核研究反应堆内使用的钍芯块。Pallava Bagla / Corbis /盖蒂图片社

作为气候变化核能正越来越受到人们的关注,它使地球变得不适宜居住。太阳能和风能可以帮助减少温室气体排放,但如果能找到应对气候变化的解决方案,核能可能会成为其中的一部分。

尽管核能不会产生影响气候的气体,但它也有一定的风险。首先,处理核电站的放射性废料是一个难题——如何处理这些危险的副产品?此外,如果堆芯熔化并造成环境灾难,就像1986年发生在乌克兰切尔诺贝利的那样,会发生什么?还有其他的担忧,但考虑到我们目前的能源困境,有足够的理由继续努力使核能更安全。

核反应堆是通过裂变运行的,这是一种原子分裂产生能量的核链式反应(或者在核弹的情况下,即大规模爆炸)。

“全世界大约有450个核反应堆在运行,它们都需要燃料,”他说史蒂夫Krahn范德比尔特大学土木与环境工程系教授在电子邮件中写道。yabo他指出,在大多数情况下,这些反应堆使用的是铀-235,部分回收燃料的国家——法国、俄罗斯和其他一些国家——将回收的钚-239混合在一起,制造出所谓的混合氧化物燃料。

钚是核反应堆使用过的燃料的副产品,它可以作为从今天的核反应堆中回收核燃料的基础,就像法国和其他几个国家所做的那样。然而,它的毒性很强,是核武器中最常用的材料,这也是科学家们继续探索其他选择的原因之一。

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1944年,德国物理化学家奥托·哈恩与弗里茨·施特拉斯曼和莉斯·迈特纳一起发现了铀和钍的核裂变,因此被授予诺贝尔化学奖。
底座/法新社/盖蒂图片社

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钍是什么?

一些科学家认为钍元素可以解决我们的核能问题。钍是一种放射性较弱、储量相对丰富的金属——大约和锡一样丰富,比铀更丰富。它也很普遍,特别是在印度、土耳其、巴西、美国和埃及。

但需要注意的是,钍不像铀那样是一种燃料。不同之处在于铀是“可裂变的”,也就是说,如果你一次能在一个地点得到足够的铀,它就会产生可持续的连锁反应。另一方面,钍不是可裂变的——它是科学家们所说的“可繁殖的”,意思是如果你用中子轰击钍(本质上是在以铀等物质为燃料的反应堆中启动它),它可以转化为铀同位素铀-233,它是可裂变的,适合发电。

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钍的利弊

钍被用于一些最早的核物理实验yabo app 和欧内斯特·卢瑟福一起工作。在第二次世界大战期间,铀和钚与核工艺的联系越来越紧密,因为它们为制造炸弹提供了最清晰的途径。

对于发电来说,钍有一些真正的好处。由钍形成的铀-233是一种比铀-235或钚更高效的燃料,它的反应堆可能不太可能熔化,因为它们可以在更高的温度下运行。此外,反应堆运行过程中产生的钚更少,一些科学家认为是钍反应堆可能会破坏自20世纪50年代以来,大量危险的钚被制造和储存起来。不仅如此,一些科学家认为,使用钍和铀233的一批反应堆更具有防扩散能力,因为需要更复杂的技术将铀233从废料中分离出来,并用它来制造炸弹。

然而,钍也有缺点。一个是,钍和铀233是更危险的放射性化学过程。正因为如此,他们更难合作。铀-233燃料棒的制造也更加困难。此外,如前所述,钍不是一种燃料。

“如果我们要使用钍和铀-233的燃料循环来为我们的星球提供动力,那么其他类型的反应堆必须生产足够的铀-233来为最初的铀-233反应堆提供燃料,”Krahn说。“如果能够做到这一点,化学处理钍-232和铀-233并从中制造燃料的方法就相当成熟;然而,完成这些过程的设施还需要建设。”

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以钍为能源

几种方法钍可用于能源生产。目前正在研究的一种方法是在传统的水冷反应堆中使用固体钍/铀-232燃料,类似于现代的以铀为基础的发电厂。事实上,全球已有20多个反应堆使用了钍和铀233制成的燃料。另一个让科学家和核能倡导者兴奋的前景是熔盐反应堆。在这些核电站中,燃料溶解在液态盐中,液态盐同时也是反应堆的冷却剂。这种盐的沸点很高,因此可以提高发电效率,即使温度急剧上升,也不会导致像福岛核事故那样的大规模反应堆事故。这听起来像是科幻小说里的东西,但是这样的反应堆在20世纪60年代就在美国运行过,现在也在运行建在中国戈壁沙漠

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