摘要：早期计算估计，使用 1 吉瓦的能量，新提出的设计一年可以产生 4.4 磅（2 公斤）的氚。（图片来源：Yuichiro Chino via Getty Images）

一位物理学家表示，他使用核废料作为核聚变燃料的设计可以帮助美国成为聚变经济的领导者。

早期计算估计，使用 1 吉瓦的能量，新提出的设计一年可以产生 4.4 磅（2 公斤）的氚。（图片来源：Yuichiro Chino via Getty Images）

一位科学家说，核废料可以重新利用成核聚变所必需的稀有同位素，理论上可以产生几乎无限量的清洁能源。

氢的放射性版本称为氚，在地球上不容易自然获得，生产成本高昂，而且产量有限。在本周的美国化学会 （ACS） 秋季会议上，洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家特伦斯·塔诺夫斯基 （Terence Tarnowsky） 提出，氚可以从核裂变的副产品中提取，核裂变为现有核反应堆提供动力。

核聚变是结合原子释放热量的过程。虽然理论上几种聚变反应可以产生能量，但其中一种更常见的聚变反应是将氚与氘（氢的另一种同位素）聚变以产生氦。

但是，截至目前，核聚变不可能在商业规模上实现，因为科学家们还没有弄清楚如何实现大规模点火——即自我维持反应产生的能量多于投入的能量。

不过，另一个很大的障碍是氚等燃料的成本。

“核聚变有可能提供无排放、丰富的能源，”塔诺夫斯基告诉 Live Science。“但目前氚的供应有限且成本高昂，这对该技术的成功构成了障碍。”

塔尔诺夫斯基说，为电网做出贡献的第一代核聚变反应堆可能会依赖于需要氚的反应。虽然理论上可以利用其他聚变反应，例如聚变氘和氦 3，来产生动力，但它们需要更高的温度才能工作，因此更昂贵且不太实用。

然而，收集大量氚会带来一个问题：同位素具有放射性并且半衰期非常短。氚的收集量每年衰减 5.5%，“所以你不能像使用其他能源那样将多余的氚放在银行中并在 50 年内获得全部，”塔诺夫斯基说。

塔诺夫斯基说，为了使未来的核聚变工厂取得成功，需要一种新的、更便宜的氚生产方法。“你需要已经启动并运行此功能。”

目前的核电站依赖于核裂变，在此过程中原子分裂并释放能量。但裂变会导致大量长寿命核废料。据美国环境保护署称，乏核燃料——曾经为核裂变提供动力但不再可用的燃料——由无法使用的铀和钚以及裂变产物（如锶和碘同位素）组成，这些产物可能需要长达数亿年才能衰变。

塔诺夫斯基建议通过使用粒子加速器分裂废料中的原子，从大量仍然具有放射性的核废料中产生氚。分裂的原子将经历一系列反应，最终产生氚。该工艺不会消除核废料，因为该工艺的剩余物与起始材料一样危险，但它会从这种副产品中得到进一步利用。

塔诺夫斯基在 ACS 的一份声明中表示，该设计的基本原理并不新鲜，但最近的技术进步可能会使这种生产氚的方法更加高效。

塔诺夫斯基的早期计算估计，使用 1 吉瓦的能源（至少花费数千万美元），该系统一年可以生产 4.4 磅（2 公斤）氚。如果用于核聚变，那么这一定数量的氚可以为美国数万户家庭供电一年。

塔诺夫斯基预计，使用相同的功率，这种设计可以产生比其他方法多 10 倍的同位素。

塔尔诺夫斯基在声明中表示，目前，美国缺乏稳定、可预测和廉价的氚供应，氚的成本约为每磅 1500 万美元（每公斤 3300 万美元）。同时，我们确实有数千吨核废料，这些废料的储存成本高昂，并且可能对周围环境有害。

“这项技术在今天是可能的，在利用我们已经拥有的政府拥有的乏核燃料方面，这将是一个非常大的范式转变。”

在塔尔诺夫斯基为如何运作制定完整的建议之前，许多细节仍需要制定。

但塔诺夫斯基很高兴他的设计现在受到积极欢迎，因为几十年前，像三英里岛和切尔诺贝利这样的核事故使核电成为禁忌话题。

来源：科学小牧