快中子增殖反应堆是核能的灵丹妙药吗?

钚是核噩梦。常规动力站反应堆的副产品，它是核武器的关键成分。即使没有进入炸弹，它也是一百万年的放射性废物遗留，已经在每年占有数十亿美元来遏制。

然而，一些科学家们说，我们有技术在新一代“快”反应堆中燃烧钚。这可能丢弃废物问题，减少辐射和核扩散的威胁，同时产生大量的低碳能量。这听起来太好了。技术乐观主义者是否正确 - 或者应该在所有核仍然持有的传统环境反感？

快中子增殖技术几乎和核能一样古老。但经过近20年的发展，它有望起飞。美国公司GE Hitachi核能(GEH)正在推广一种名为PRISM(动力反应堆创新小模块)的反应堆设计，它的首席咨询工程师和快中子增殖专家埃里克·罗文说，这是一种使用昨天的核废料为世界提供能源的安全可靠的方法。

该公司希望在英国西北海岸的塞拉菲尔德(Sellafield)臭名昭著的核倾倒场首次试验这一想法，该地区拥有世界上最大的民用钚储备。朝鲜核反应堆的钚储量接近120吨，比美国和俄罗斯的总和还要多。

虽然世界上大多数的平民钚废物仍然被困在高度放射性的废燃料内，但英国钚的大部分都是二氧化钚粉末的形式。它已从花费燃料中提取，意图使用它来为从未构建的早期产生的快速反应器供电。这使得这使得盗窃和在核武器中使用而不是钚仍然持有的钚，因为大多数美国库存都是。

相当于英国国家科学院的英国皇家学会去年报告称，储存在桶里的钚粉，

英国庞大的钚储备使其成为一种巨大的能源。

“构成了严重的安全风险”，“破坏了英国在核不扩散辩论中的可信度”。

乏燃料虽然不会造成立即扩散的风险，但在数千年的时间里仍然是一个主要的辐射危害。钚是核反应堆乏燃料中最普遍、最麻烦的放射性物质，其半衰期为2.41万年。一个典型的1000兆瓦反应堆每年产生27吨乏燃料。

它没有一个家。如果不用作燃料，需要保留千年来保护人类和野生动物。埋葬地下似乎是明显的解决方案，但没有人建造了地质存储库。公众反对派很高 - 正如内华达州尤卡拉山区埋葬的那样发现的，每当美国政府被讨论 - 施工成本将会巨大。所以建立快速反应堆的想法，吃掉这种废物是有吸引力的 - 特别是在英国，而且在其他地方。

至少从理论上讲，快反应堆可以继续循环利用自己的燃料，直到所有的钚耗尽，并一直发电。英国庞大的钚储备使其成为一种巨大的能源。大卫·麦凯，首席科学家能源和气候变化部他最近表示，英国钚所含的能量足以让该国电网运行500年。

快速反应器可以以不同的方式运行，无论是如何破坏钚，最大限度地发挥能量生产，或产生新的钚。根据现在在Sellafift考虑的棱镜提案下，钚毁灭将是优先事项。“我们可以在五年内在英国处理钚库存，”Loewen说。但同样，他说，它也可以产生能量。拟议的工厂具有600兆瓦的理论发电能力。

在美国推出的乔治W.布什总统下，快速反应堆可以对美国进行同样的影响全球核能伙伴关系旨在开发在乏燃料中消耗钚的技术。但奥巴马总统大幅削减了该伙伴关系的资金，同时也停止了计划中的尤卡山地质储存库的建设工作。“留给我们一个百万年的问题，”罗文说。“目前美国还没有一个解决这个问题的政策框架。”

他认为，英国储存纯化二氧化钚的独特问题可能会打破僵局。“英国是我们最好的机会，”他告诉我。“我们需要有技术信心的人来做这件事。”

PRISM快反应堆吸引了以前反对核能的环保主义者的朋友。他们包括像斯图尔特•布兰德以及英国专栏作家乔治·蒙比尔特。尽管受到奥巴马政府的冷遇，但一些美国政府官员似乎悄悄热衷于帮助英国开展这项试验。他们已经批准了PRISM技术向英国的出口和旧研究项目的秘密技术信息的泄露。据报道，美国进出口银行也准备提供融资。

然而，英国还没有下定决心。朝鲜决定重新利用其储存的二氧化钚核退役管理局已经开始了一项研究，以确定支持哪种再利用方案。目前还没有确切的日期，但这一决定将需要政府批准，将在两年内做出。除了快中子增殖反应堆，主要的替代方案是将钚与其他燃料混合，产生一种混合氧化物燃料(mox)，这种燃料将在常规核电站中燃烧。

英国在mox方面有过令人尴尬的失败历史，包括去年关闭了一家花费了10年时间生产少量燃料的价值20亿美元的混合工厂。批评者说，即使它能正常工作，mox燃料也是一种昂贵的方法，产生的能量不多，而大部分钚却完好无损，尽管是以一种不那么危险的形式存在。

只有快反应堆才能消耗钚。许多人认为，这最终将成为英国的选择。如果是这样的话，PRISM工厂将需要5年的许可时间，5年的建造时间，并可能在本世纪20年代末摧毁世界上最危险的钚储备。GEH还没有公开公布建设该工厂的成本，但表示将支付这笔费用

快速反应堆的支持者将其视为环保主义的标志之一——回收利用——的核应用。

英国政府只按结果付款，因为钚会被销毁。

当专家预测到20世纪70年代，当专家预测，当专家们恢复了20世纪50年代，快速育种者的想法返回到20世纪50年代。But the Clinton administration eventually shut down the U.S.’s research program in 1994. Britain followed soon after, shutting its Dounreay fast-breeder reactor on the north coast of Scotland in 1995. Other countries have continued with fast-breeder research programs, including France, China, Japan, India, South Korea, and Russia, which has been running a plant at Sverdlovsk for 32 years.

但现在，气候变化、迫切需要减少化石燃料的使用，以及不断增加的钚库存，再次改变了人们的看法。研究人员的蓝图正在被重新整理。PRISM的设计基于2号实验增殖反应堆，该反应堆于1965年在伊利诺斯州的阿贡国家实验室启动并运行了30年。

这是常规和快速的反应堆的不同。传统的核反应堆用中子轰炸铀燃料原子。在这种轰炸下，原子分裂，创造更多的中子和能量。中子向下移出以分解更多原子，产生链式反应。同时，能量加热通过反应器的冷却剂，例如水，然后在传统的涡轮机中产生电力。

问题是，在这个过程中，铀燃料中只有大约1%的势能被转化为电能。剩下的部分仍被锁在燃料中，其中大部分是一次性循环的主要副产品——钚。快速反应堆的想法是从传统反应堆的乏燃料中获取更多的能量。它可以通过在反应堆中反复回收燃料来做到这一点。

第二个区别是，在传统的反应堆中，必须减慢中子的速度，以确保连锁反应的发生。在一个典型的压水式反应堆中，水本身就扮演着缓和剂的角色。但在快速反应堆中，顾名思义，从钚燃料中产生能量的最佳效果是通过更快地轰击中子来实现的。这是通过用液态金属如钠取代水慢化剂来实现的。

快速反应堆的支持者将其视为环保主义的标志之一——回收利用——的核应用。但许多技术专家和大多数环保人士对此持怀疑态度。

持怀疑态度的包括英国核退役管理局(Nuclear Decommissioning Authority)的战略主管阿德里安·辛珀(Adrian Simper)，该机构将是决定是否支持“棱镜计划”的机构之一。Simper在去年11月发出警告

批评人士认为，准备用于回收的钚很容易被盗窃或滥用。

一份内部备忘录称，快速反应堆作为英国钚问题的解决方案“不可信”，因为它们“仍需进行商业演示”，且不可能在25年内部署。

技术上的挑战包括，它需要将钚粉末转化成含有铀和锆的金属合金。Simper说，这本身将是一个大规模的工业活动，可能会产生“大量受钚污染的盐废料”。

Simper还担心钚金属，一旦为反应堆准备好，将比粉末氧化物更容易被用于制造炸弹。忧思科学家联盟也认同这一观点美国认为，从乏燃料中释放出来准备回收利用的钚“很容易被盗窃或滥用”。

GEH说Simper被误解了，这项技术在很大程度上被证明。这种观点似乎由Mackay共享，负责监督退役权的活动。

关于核扩散风险的争论可以归结为时间的问题。从长远来看，燃烧钚显然消除了这种风险。但在短期内，可能会有更大的安全风险。另一个更普遍的批评是，核工业历来有延迟交付和大幅超出预算的记录——通常根本就没有交付。

英国绿色和平组织(Greenpeace UK)主任约翰•索文(John Sauven)和英国华威大学(University of Warwick)的英国核政策分析师保罗•多夫曼(Paul Dorfman)最近认为，这使得所有的核能选择在提供低碳能源方面都无法成为可再生能源的替代品。“即使这些最新的计划能够奏效，PRISM反应堆也无法解决核能的主要问题:这个行业一再未能按时和预算建造反应堆，”他们在给美国国家原子能委员会的一封信中写道监护人报纸。“我们被要求等待一个具有轨道记录的行业，以便非常昂贵的失败研究了另一个大肆宣传但仍然是理论的新技术。”

但这种方法有两个问题。一，气候变化。除了水力电力之外，它具有自己严重的环境问题，核电是目前可用的真正大规模集中的唯一浓度的唯一来源。然而，良好的可再生能源是，我们是否真的能够放弃核武器？

第二，我们在核电方面已经取得了进展。钚储备必须得到处理。唯一可行的替代方法是掩埋，这有其自身的风险和持续的储存，对当今和无数子孙后代都有巨大的费用和未知的安全隐患。

对我来说，不管我对核工业有什么疑虑，把核能作为推动低碳、气候友好型经济的一个组成部分的理由是令人信服的。(几个月前，我和蒙比尔特等人一起给英国首相戴维·卡梅伦写了一封信，信中说，环保主义者在用耸生畏的言论和关于成本的老生常谈来掩饰他们对核能的教条主义和技术恐惧症。)我支持这个观点。

那些继续反对核能的人必须解释他们将如何处理这些危险的钚储备，无论是在乏燃料中还是在二氧化钚桶中。它们的半衰期可达数万年。忽视他们不是一个选项。