研究可能预示着核革命的技术

M. Mitchell Waldrop提供了当今裂变核能领域的精彩，紧凑且易于阅读的概述。通过对这些选项的历史和回顾，文章“核能：《自由基反应堆》已由《自然》杂志出版。这是一篇中等长度的文章，非常值得。同时，这里简要介绍了所承受的时间。

当今的轻水堆（LWR）是主要技术，原因仅在于–该技术是第一。轻水堆最初是在1940年代后期开发的，是一种用于核动力船和潜艇的紧凑型动力源。然后，美国试图通过使用1950年代调整并扩大规模的轻水设计创建商业性的核电产业，以在原子能上保持和平的姿态。轻水堆使用普通的H2O和普通水，该水流过反应堆堆芯吸收热量并与蒸汽一起循环到传统的蒸汽轮机，后者将热量转化为电能。该系统运行良好，并且与50年前的现有材料技术一起运行良好。

最初，轻水堆原本应该是一个大型系统的一部分，该系统将弥补基本的效率低下的问题，因为当单独放置轻水堆核反应堆时，它很快就会毒化其自身的燃料。随着链式反应的进行，燃料会积累越来越多的铀原子分裂后剩下的碎片，这些碎片又吸收了越来越多的中子，以保持反应进行。可能在18个月后，该燃料已经用尽，必须将其清除-尽管它仍然包含原始能量的90％以上。

核电站方框图。

一个后处理工厂网络将提取乏燃料，化学提取仍可使用的成分-主要是铀235，以及中子被非裂变铀-238捕获时形成的可裂变p 239，然后将其转化为新鲜燃料。反应堆燃料。最终，计划是过渡到旨在最大化of生产的新一代增殖反应堆。唯一的浪费是高放射性裂变产物的相对较小的残留物，该残留物会在几个世纪内腐烂，并且可以处置在设计良好的混凝土掩体中。

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那就是最初的计划，但1974年5月印度用从反应堆燃料中提取的made制造了一枚核弹。猖nuclear的核武器扩散突然成为一个非常现实的问题。1977年，吉米·卡特（Jimmy Carter）禁止进行商业后处理。即使里根总统（Ronald Reagan）在数年后取消了这项禁令，费用却直线上升。仅法国完成了两个后处理厂。

由于and 239的24,100年半衰期，事件和反应留下了数以百计的数百万吨乏燃料隔离的复杂处置问题，但是美国从早期开始就继续采用其他技术。 1950年代直到1970年代中期。引人入胜的熔融盐技术得到了证明，液态含铀或th的燃料具有重大优势。例如，熔融盐反应堆将不会遭受灾难性的熔化，并且与其产生掺有and和其他长寿命放射性同位素的核废料，不如将其几乎完全摧毁。

其他技术包括也会燃烧核废料的快速反应堆，以及通过为工业产生零碳热量而可以从温室气体排放中大量吸收的高温反应堆。总而言之，这些替代技术可以消除大多数或所有核能缺陷。但是，由于不断变化和相互竞争的特殊兴趣议程，以及动荡而又不可靠的资金水平，在过去的几十年中，它们只受到了研究人员的适当关注。

将这些技术满足当今的需求将不会容易或迅速。即使几十年前就已经设计出基本设计，但如今希望将其付诸实践的工程师们仍将不得不开发基于现代材料的抗辐射解决方案，更高效的热交换器和改进的安全系统，并向监管机构证明所有这些系统都将工作。

很小，但已经迈出了一大步。能源部于2002年启动了一项成本分摊计划，旨在帮助制造商开发和许可具有先进安全功能的轻水反应堆。去年，能源部为小型模块化反应堆（SMR）开发启动了一项费用分摊计划。

SMR的主要兴趣在于一些设计，称为高温反应堆，其产生的蒸汽温度最高为1,000° C，比轻水反应堆提供的大°约300 C高得多。这样的反应堆无法熔化：即使在失去所有动力°和冷却剂的情况下，燃料也能稳定在1600°C的温度下，比堆芯高出数百度。高温将使反应堆发电效率更高。

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快速反应堆没有资金，但看上去很有吸引力，它可以解决乏燃料的问题。快速反应堆可能消耗乏燃料，将当今的危险废物转化为能源，并减轻了处置问题。这项技术将很难进行工程设计，并且在未来的安装中需要非常奇特的材料，但是这些年来已经运行了约20座快速反应堆，其中许多反应堆是按照1970年代增殖器设计建造的，该设计旨在最大程度地提高p的生产而不是消耗it。至少有四家制造商正在开发用于消耗乏燃料的小型快堆。

对许多人来说，熔盐反应器（MSR）是下一个技术目标。MSR通过在熔化状态下运行的燃料提供极高的安全性-毕竟融化是设计的一部分。MSR燃料可以是铀，乏燃料，p和with以及氟化锂和氟化铍（称为FLiBe）。但是，MSR是一种自毒系统，因此工作燃料会通过外部回收单元循环，该外部回收单元会连续提取裂变产物，从而保持燃料的活性。如果回收停止，反应将很快停止。失去控制，或更适当地失去管理以保持其运转，燃料将融化在反应器底部的冷却的固体燃料塞，从而将燃料排出反应。问题是需要的信息已经有40多年的历史了。

早在2011年，能源部就资助了所谓的混合技术，即“盐冷式固体燃料反应堆”。高温设计，反应堆堆芯可以比其他设计小四到五倍，并且由于熔融盐的稳定性，氟化锂和氟化铍的混合物再次用作冷却剂，因此总是低于故障极限数百度。

研究中还有其他一些想法。

沃尔沃德（Waldrop）结束了与华盛顿特区核能研究所贸易小组政策制定总监Paul Genoa的讲话，并表示了长远的看法。他说：“我们首先进行了轻水反应堆的建造，”接下来，在2020年代，将出现先进的轻水反应堆以提高安全性，紧随其后的是高温反应堆，这将扩大对碳排放的攻击。“然后我们建造了快速反应堆来消耗废物。”

热那亚说，熔融盐反应堆有点荒唐可笑，但值得发展。一些甚至更疯狂的卡片正在研究中：一个著名的例子是加速器驱动的反应堆，它将使用高能粒子加速器的中子来驱动裂变反应。可以用th作为燃料，并通过关闭加速器立即将其关闭。

裂变能力是确定的。政治领域和资金是问题。风险在于来自各种形式的融合技术的成功。世界人口将需要裂变或聚变能提供的核能。

那就是Waldrops精彩文章的简要内容。Waldrops Nature的文章要完整得多，在发布时值得您花几分钟的时间。但就目前而言，障碍是政治和金钱-在市场呼唤之前，这些物品将始终阻碍发展。

通过。布莱恩·韦斯滕豪斯

资源：处于核裂变复兴的门槛