加速器与反应堆的逆天结合会有怎样的天地?能量放大器!( 二 )


最后 , 我们还没有算上1粒铀原子裂变后 , 又会放出2到3个新中子的事 。 总之就是 , 当我们使用一定的能量去加速质子 , 并让其轰击铅靶 , 从而产生大量中子 , 继而将大量钍变成核燃料时 , 得到的能量是多于所耗费的能量的 , 而此过程就是“能量放大器” 。
首次提出“能量放大器”这个概念的时间上世纪九十年代初 , 提出者是曾获得诺贝尔奖的粒子物理学家卡罗·鲁比亚 。
现在 , “能量放大器”这个概念又被叫做“加速器驱动次临界反应堆” , 简称ADS 。
现在我们知道了 , 所谓ADS , 它其实是加速器和反应堆的结合体 。 这跟咱们熟悉的核电站有着本质的不同 。
那么 , ADS与大家的熟悉的传统反应堆相比 , 它有哪些潜在优点呢?
本征安全性
早期的原子弹 , 比如“小男孩” , 其使用的是“枪式”设计 , 弹体里面有两块铀235 , 但相隔一段距离 , 安全无事 , 起爆时 , 先是传统炸药爆炸 , 将其中一块铀射向另一块铀 , 导致大大超过临界质量而发生核爆 , 这就是超临界 。
而传统反应堆属于临界反应堆 , 其自身产生的中子刚好能维持自身的连锁反应 。 无论如何 , 核电站都不会像核弹那般爆炸 , 这是由物理现象决定的 。 最厉害的核事故 , 切尔诺贝利 , 其事故原因是反应堆功率突然变大了 , 导致蒸汽聚集而爆炸 , 并非核弹中的超临界 。
而有些核反应堆 , 其产生的中子无法维持自身持续的核反应 , 这样的反应堆称为次临界堆 。
虽然现代的核电站不可能再发生类似切尔诺贝利那样的核事故 , 但是 , 甭管怎样 , 从安全性上来说 , 次临界堆大于临界堆 。
ADS全称“加速器驱动次临界反应堆” , 这意味着 , ADS具有本征安全性 , 因为驱动的是次临界堆 , 只要把加速器断电 , 外部中子就瞬间消失了 , 而反应堆可在毫秒级的时间内停堆 。 当然 , 停堆后 , 反应堆还会有余热 , 但它不会再产生连锁反应 , 因为其之前本身就处于次临界状态 , 现在又停止中子供应 , 其安全性必然高于次临界状态 。
用途广泛
远期 , 待技术成熟后 , 加速器产生的大量中子可将蕴藏量是铀的3到4倍的钍变成核燃料 , 更可以将占99.27%的铀238变成可裂变的钚 。
而近期 , 各国主要的研究方向是利用ADS“焚烧”乏燃料 , 这是当务之急 。
若研制成功 , 则ADS可将乏燃料中那些半衰期高达数十万年的放射性废物变成几百年的短寿命废物 , 将短寿命废物变成裂变产物 , 并在此过程中发电 。
除了以上两个作用 , 还有一个不太重要的作用 , 这就是给未来的聚变堆“造”燃料 。
聚变反应有多种 , 比如两个质子(氢核)就能聚变成氘 。 然而这种聚变太难 , 只有太阳的内部才能有此神力 。
对于人类来说 , 难度最低的方式是氘与氚的聚变 。 如果这种聚变不能实现 , 其他形式的聚变更是没戏 。
但假如氘氚聚变实现了 , 那么 , 燃料也是个问题 , 氘可以从海水中提取 , 但氚的寿命只有12.32年 , 地球诞生之初就存在的氚必然是没了 。 而自然界中的氚 , 是宇宙射线轰击大气后的产物 , 极其微量 。 因此 , 还得人为造 , 方式就是用中子轰击锂 。
根据1996年美国能源部的报告称 , 自1955年以来 , 美国生产了225公斤的氚 。 但由于衰变 , 每隔12.3年就减少一半 , 所以 , 其总量到1996年时只剩下大约75公斤了 , 而现在是2018年 , 剩下的就更少了 , 亏大了 。

推荐阅读