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将核电站的核废料乏燃料等扔在活火山的火山口里,可以吗?ADS又是什么黑科技?

乐鱼体育APP下载 动态 2021-12-04 09:58

核电站在运行过程中不可避免地会产生核废料,如经过几个循环的燃料组件、控制棒等,地球上有很多活火山,大部分火山处在无人的地方。

能否将这些核废物扔在火山里面,让火山给他烧化了?或者顺着岩浆流入地壳深处消除放射性呢?

核电站在运行过程中的确会产生一些放射性废物,高放射性废物主要就是经过燃烧的乏燃料。

核燃料使用的主要材质是二氧化铀陶瓷燃料芯块,二氧化铀的熔点一般是2800摄氏度,燃料棒包壳是锆铌合金,这是因为锆铌合金在300~400℃高温高压水中具有良好的抗蚀性能和力学性能,常用来包裹燃料棒,但超过400摄氏度就会与水发生反应。

火山岩浆的温度其实并没有大家想象的那么高,酸性岩浆温度仅仅为650~850℃,基性岩浆温度较高也就1100℃左右,也就是说如果将燃料棒投入到火山口后,燃料棒根本不会熔化,随着火山喷发又会重新被喷射到地面上。

火山灰能够提供肥沃的土壤,很多国家农民都在火山口附近种植庄稼,喷射出来的核废料必然会影响到附近人的身体健康,如果是喷射口较深的死火山倒是可以作为核废料埋藏点的,深埋地下后,随着时间的推移,核废料自然衰变,放射性就会减弱。

图示:核燃料组件

核废料另一个不适合仍在活火山口的原因是半衰期是放射性物质的固有属性,仅仅通过熔化这种物理变化是无法改变放射性物质的半衰期的,也无法消除放射性。

核废料具有放射性是因为核废料中的一些放射性物质在不断地自然衰变,衡量衰变快慢的一个物理量叫半衰期。核废料中放射性元素的半衰期长达几十年到数十亿年不等,放射性物质不管是以固体形态还是液体形态存在,其半衰期都不会发生改变,也就是放射性强度并不会发生改变。

图示:放射性衰变

乏燃料之所以危害大,是因为其含有对人体危害极大的高放射性元素,我们平常谈之色变的核废料主要也是指这一类。核燃料在堆内经过中子轰击发生核反应后,燃耗深度达到卸料标准的燃料组件从堆内卸除,即为乏燃料。乏燃料中含有含有大量未用完的可增值材料238U或232Th,未烧完的和新生成的易裂变材料Pu239、U235或U233以及核燃料在辐照过程中产生的Np、Am、Cm等超铀元素,以及裂变元素Sr90、Cs137、Tc99等。

图示:燃烧前后成分对照*来源世界核学会

那么这些乏燃料怎么正确处理呢?

处理大概分为两类:一类是开式循环,如美国、加拿大、瑞典等国家,通俗来讲就是找稳定地质带深埋贮存;第二类就是闭式循环,如我国、日本、法国等国,对乏燃料进行分离、萃取,将里面的铀和钚再次提取出来应用,我国尚处于发展阶段。

最后提一下大名鼎鼎的先进核能系统ADS系统,即加速器驱动次临界系统(Accelerator driven sub-critical system),从上图看出来,经过燃烧的乏燃料不仅有铀和钚,还有其它放射性物质。乏燃料在提取铀和钚后,里面依然存在锕系元素等放射性废物,这些放射性物质半衰期从几十年到数十亿年不等,由加速器产生的质子束流轰击设在次临界堆中的重金属靶件(如液态Pb或Pb- Bi合金),引起散裂反应,再通过核内级联和核外级联产生中子,一个能量为1 GeV的质子在厚靶上约产生30个中子,散裂中子靶为次临界堆提供外源中子,这些中子将引发嬗变系统中乏燃料进行嬗变,将放射性物质半衰期从数十亿年减少到数百年。ADS系统就相当于一个乏燃料焚烧炉,是最理想的乏燃料处理技术,目前我国已经取得了不错的研究成果。

写在最后

乏燃料后处理技术的确是核电发展过程中一个需要解决的问题,也是很多人攻击核电的核心靶子,但乏燃料不会像反核人士所说的那样无处安放,总有刁民想害朕的思想完全没有必要,不久的将来,乏燃料问题就会得到解决,目前碳中和、碳达峰压力巨大,在全球变暖的趋势下,核能虽不是最佳选择,但是一个不错的选择。

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