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加速器驅動系統:利用核廢料發電的新途徑

2026-02-25 14:49  來源:維度網  瀏覽:  

20世紀80年代末,歐洲核子研究中心(CERN)總干事卡洛·魯比亞組建了一個特別工作組,旨在設計一種利用放射性材料發電的新方法。這種方法需要避免產生可用于制造核彈的產品,并盡可能減少或消除長期核廢料,同時保持成本效益以實現大規模應用。

這種技術被稱為加速器驅動系統(ADS),它通過粒子加速器驅動核反應,將放射性物質嬗變為大部分惰性的廢物。與傳統核反應堆不同,ADS內部從未接近臨界質量,從而降低了安全風險。

反應堆設計為一個容納約7000噸熔融鉛的大容器,放射性物質如釷、未濃縮鈾或核廢料溶解其中。介質不限于鉛,其他液態重金屬如汞也可使用。粒子加速器將質子加速至高速度,撞擊原子產生中子,這些中子引發放射性原子分裂并釋放能量。

在加速器驅動系統中,放射性原子如鍶-90會衰變為穩定物質。據項目參與者史蒂夫介紹,ADS衰變的大部分材料最終成為非放射性的鉛-207。廢物儲存約300年后,其放射性水平可與煤灰相當,遠低于傳統核廢料需看守數萬年的要求。

基于佛蒙特揚基核電站的粗略計算顯示,傳統核電站僅消耗2%到3%的燃料,剩余97%到98%的未使用燃料可被ADS利用。該核電站的乏燃料可能為ADS提供超過500年的電力,產生與原始電站相當的功率。

史蒂夫指出,加速器驅動系統的建設面臨挑戰,主要是需要更先進的粒子加速器。圓形或直列式加速器雖可行,但成本和技術要求較高。然而,近期進展顯示,美國能源部杰斐遜實驗室的科學家已開發出專門用于ADS的粒子加速器,并正在測試鈮錫腔以提高效率。

加速器驅動系統為核廢料處理提供了新思路,通過嬗變減少長期放射性廢物,同時利用現有核廢料發電。盡管傳統核電仍產生廢料,但ADS技術有望推動核能領域向更可持續的方向發展。

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