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上帝都颤抖的黑科技:中国人让核燃料延寿五万年

2017-7-14 00:25| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网

摘要: 《三体》,获得雨果奖的硬派科幻经典之作,里程碑式的作品,其中涉及的科幻概念简直令人眼花缭乱。然而,令人没有想到的是,仅仅数年之后,中国科技工作者敲开了其中一扇大门,完美诠释了什么叫“中华有神功”。1中 ...

《三体》,获得雨果奖的硬派科幻经典之作,里程碑式的作品,其中涉及的科幻概念简直令人眼花缭乱。

然而,令人没有想到的是,仅仅数年之后,中国科技工作者敲开了其中一扇大门,完美诠释了什么叫“中华有神功”。

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中国人搞出来的黑科技叫做“加速器驱动次临界系统”——无残留反应堆。

注:无残留只是一种比喻,这种反应堆还是有残留的,但残留的核燃料非常少,辐射量也很少,处理起来比日本福岛那些一万年无法降解的核废料要容易多了。

现在,就让我们从低到高,在我们可以理解的范围内,逐步揭开这个不可思议的黑科技成果。

现在的核电站实际上是一种半可控核反应,为什么叫半可控呢?

因为核反应是自动进行的,你要控制它就必须插入控制棒,吸收中子,终止核反应。否则燃料棒里自动进行的核反应很快就能失控并且融化整个反应堆(比如福岛)。这种自动进行的反应实际上是很原始的,只要核燃料消耗掉一部分,燃料棒无法提供足够的核物质,那么这根燃料棒就报废了,只能丢到乏燃料冷却池里冷却。但这时候所谓的废料里仍然有很多核燃料,只不过因为小于临界质量而无法继续链式反应。

归根结底,问题就出在这个临界质量和临界体积上!

只要小于临界质量和临界体积,由于中子大量泄漏,核反应堆就会因此而熄火。这个时候必须更换燃料棒,但这些燃料棒还有93%的核燃料没有燃烧,不仅浪费严重,而且辐射非常强。

正是由于核燃料后处理的困难,核电可以说是“流毒无穷”的能源,要妥善处理这些废料不知需要多少人力物力。目前,由于核技术的极端敏感性,泛燃料的处理十分棘手。因为担心可以制造原子弹的钚扩散,到目前为止,美国仍然禁止对乏燃料进行后处理。唯一的办法只能是深埋。

2

然而,咱中国人不信邪,黑科技来了!

太过先进无法展示,没关系,我来展示。

前面说了,现在的核反应堆是自动进行的反应,当裂变材料减少到某个值的时候(临界质量),裂变反应就无法自动进行。这就是次临界的意思。

同时上面也说到,核反应之所以无法持续进行,是因为处于次临界质量时,中子大量逃逸,小于反应堆产生种子的速度。

那,我想要发电,怎么办呢?好办,拿中子轰击裂变材料不就行了吗?对了!想到这一层的人已经可以考大学了。但是有一点你没想到,中子不带电,你怎么加速他呢?用嘴吹吗?这个……要不拿什么东西撞他一下,不就加速了吗?聪明!清华欢迎你。用来撞击中子实现加速的东西就是质子!质子带电,而且质量比较大,存速性能好。驱动质子的东西就叫做加速器。

“加速器驱动次临界系统”就是加速器驱动质子在一个重金属靶标(比如铅)上打出中子,驱动核反应的系统。

这个东西造出来,核电技术就被完全颠覆了。

首先这是完全可控反应,我打质子你才能反应,这个加速器一停,反应堆就停了,不会继续升温。

好吧,其实这是一个槽点...由于裂变反应的存在,还是会有中子产生的,并且会打中一些裂变材料,仍需散热。但这种情况会随着时间推移迅速减少,也就是反应堆停掉了。比插棒子的方法停的快停得彻底。

其次由于这个中子源是由高能质子轰击重金属靶核撞出来的,速度非常快,能量很足,叫做高能中子。这种速度很快的中子可以吃掉很多难啃的骨头,比如燃烧超铀元素(核废料中最讨厌的那部分,比如福岛那些),增殖(生产更多核燃料)等。由于这种反应堆的原理不需要核燃料超过临界质量,只需要外部中子源就可以反应,他的寿命很长。就算你核燃料消耗得太多,燃料丰度下降的惨不忍睹,那我只要多打出来一些中子就可以了,整根燃料棒我基本上都能吃干净!更无解的是他连用过的泛燃料也能吃!某种程度上,他就是用来吃泛燃料的。

大家有没有注意到“嬗变”这个词?

嬗变就是通过核反应将一种源自核变为另一种核,可以理解为用高能中子轰击需要嬗变的靶核。被轰击的超铀元素,比如少锕核素(缩写MA)会裂变为稳定核素或者其他短半衰期核素。这是一个非常重要的特性,因为MA是泛燃料中半衰期最长的元素之一,长达数万年,有的超铀元素甚至可以长达几百万年。

高能中子可以将少锕核素打成稳定核素和轻核素

这个项目,咱们2011年就启动了。经过6年多的不懈努力和奋力攻关,该专项从零开始,突破了一些关键核心技术并部分引领国际发展。

中科院近代物理研究所副所长徐瑚珊研究员表示,中国科学家提出的"加速器驱动先进核能系统"变国际上"分离-嬗变"策略的"精耕细作、吃细粮"为"吃粗粮且吃干榨净",将为全人类和平利用核能贡献源自中国的原始创新。

3

这项技术有多牛?

ADS技术成熟之后,世界上最难处理的核废料变成了可以继续使用的核燃料(比如打出钚239),环保意义非比寻常(军事意义也非比寻常)。

原本核燃料利用率不过1%,现在一下子提高到95%,可以通过高能中子烧掉以前无法处理的核废料,还能用来发电!也可以制造武器级钚!仅此一条就价值连城。

有人会说,这个技术有个缺点,性价比不高。因为质子加速器需要巨大能源,势必会影响反应堆最终的发电效率,而原来的反应堆是不需要额外投入能源就能运行的。

要我说,这是杞人忧天。

这门技术甚至不需要像普通核电站那样发电赚钱!等等,不发电怎么赚钱?你们知道我们一衣带血的日本邻居建了57个核电站吗?一个小小日本建了比中国多十几倍的核电站,你猜他怎么在日本这块弹丸之地上处理核废料呢?

当然笔者不是说要帮日本处理核废料哈,我恨不得日本人把核废料都吃进去(听说安倍晋三把我的愿望实现了)!因为中国自己就有很多的核废料需要处理,1964年以来,中国因为核技术运用、研究开发、军工生产遗留下的核废料大约有五万立方米,其中包括部分核电厂产生的高放射性核废料。

到2030年,中国目前已投产的核电站每年产生核废料3200吨。

3200吨!就算ADS技术一度电不发,也有人挤破了脑袋求你收下泛核燃料。产品也会有人(包括ISIS)挤破了脑袋要买走。

4

这么牛的技术,他贵吗?

岂止是贵啊!简直无价!

别的不说,一个加速器就搞死了众多资本主义国家。加速器是次临界反应堆的点火源,只有高强度的质子流,才能产生足够的中子。但是!强质子流本身就是辐射,同时也很容易散失,对加速器的材料、设计、结构要求极为苛刻,要搞出实用的加速器和搞可控核聚变的难度差不了多少。

换句话说,你搞的出这个,可控核聚变的约束容器你也可以造了(中国真造了)。

ADS都搞出来了,你确定不来一发核聚变?

2016年12月23日,启明星II号首次临界试验。这个意思就是,启明星II号的质子加速器首次打出了中子流并且持续补充次临界反应堆所损失的中子。这个过程持续多久不好说,毕竟加速器是很耗电的,但证明整个系统是可以运作的,下一步就是增加可靠性。

预计2030年第一套ADS系统就可以投入实用,按中国科技工作者的尿性没准能提前两年,这个东西推广开来,永动机不再是梦想!而是接近于现实。你想想,裂变能可以供人类使用五万年,五万年啊!g○c○z○y都该实现了吧。

想想看,能源供应接近无限!甚至可以奢侈的把路面改成特斯拉线圈,自动为汽车充电。这难道不是《三体》中描述的未来城市吗?

授权转载

原作者:风帽穿甲弹

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