核聚变100问(40):核聚变能清理核废料吗?

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如果你能帮忙解决核废料问题,同时为核聚变研究注入新的生命力,你会怎么做?德克萨斯大学奥斯汀分校的三位物理学家提出了一个创新方案——将核聚变和裂变结合在一起,他们认为这可能为这两个技术开辟更加光明的未来。

他们提出的方案是,在他们设计的一个紧凑的圆形托卡马克核聚变反应器外围设置一个环带,里面填充来自核电站的最有害废料。从聚变反应器散发出的中子将分解来自来自聚变反应堆的中子能够与用过的核燃料中的长寿命超铀放射性废料发生作用,将它们转变为半衰期更短的元素,从而降低这些废料的放射性和潜在的环境风险。总体效果是将含有像镅和锔这样的元素的高放射性废料,转化为半衰期只有几百年的裂变产物,如钡。这种转化解决了一个长期存在的问题:镅和锔等元素由于其极长的半衰期,需要安全存储100,000年或更长时间,这也是导致像尤卡山(Yucca Mountain)这样的大型储存项目陷入困境的原因。

然而,这一方案的实施需要科学家和工程师开发出一种既强大又紧凑的中子源,而这样的中子源自身也将面临废料处理问题:等离子体核心将释放出大量的热量和粒子流,其强度足以摧毁机器。

在标准的托卡马克反应器中,被磁场限制的氘和氚在等离子体中进行融合反应,释放中子、电子和阿尔法粒子(氦核)。限制等离子体的磁场线分为开放区和封闭区。在所谓的X点,即磁场线开放的地方,可以抽取等离子体,允许未燃烧的离子逃逸,并将它们的热量传递到一个金属板上。问题是,对于某些托卡马克来说,这种高强度的等离子体流能够熔化任何已知的金属板。