钚的未来

1944年11月6日,华盛顿汉福德基地的研究人员首次制造出武器级钚,这种放射性元素在1945年8月9日第二次世界大战期间投放在日本长崎的原子弹“胖子”中使用不到一年。

这种元素是1941年首次发现的。在此之前,它只存在于化学家的想象中。正如《科学新闻》1945年8月的一封信雄辩地指出的那样,“钚的知识[”是关于一个男人对一个女人的了解,当他从火车窗口看到另一辆朝相反方向行驶的火车的窗户时,她美丽的面孔在他眼前一闪而过。

如果注明日期,说明是合适的。钚难以置信地难以生产,即使他们想出了如何生产,也很难生产出足够有用的钚。加州大学伯克利分校的研究人员在粒子加速器中用称为申命酮的粒子轰击一块铀后,才发现一点钸。在汉福德工厂,三个反应堆中的每一个至少需要一吨铀才能生产225克钚。(这个胖子需要6.2公斤。)

但最终实验室和设施变得更好,到冷战结束时,反应堆产生了大量钚,设施最终出现盈余。钸虽难生产,但更难去除。

20世纪70年代,美国拒绝了让私营公司将核废料用于能源的提议——放射性元素在裂变过程中产生热量,可以转化为电能——因为在没有政府监督的情况下使用和丢失这些元素的风险。这意味着今天美国的钸没有再加工。钚的储存只是坐着等待。汉福德B反应堆大楼(能源部)这个问题很快成为政治挑战和技术挑战。没有一个州或城市希望被称为核废料的所在地,但是没有好的方法来清除钚。掩埋它意味着首先要弄清楚如何设计一个足够长的空间(比如至少一万年)让废物腐烂。向太空发射钸意味着制造低失败率的火箭,以及在火箭起飞失败时将辐射降至最低的应急计划。将废物倾入海洋意味着环境问题。史蒂文斯理工学院科学历史学家亚历克斯·韦尔斯坦告诉我说:“X1CS > 这一直是个问题。人们认为冷战期间,这将在十年或二十年后得到解决。

到目前为止,还没有搞清楚。但这并不是因为缺乏尝试。1993年至2013年,美国与俄罗斯一道参与了一项名为“百万吨至百万千瓦”的计划,美国在该计划中购买并帮助将苏联时代弹头中的铀转化为低浓缩铀燃料。2010年,比尔·盖茨投资数百万美元在TerraPower上,这是一家旨在生产小型可持续核反应堆的初创企业,它将消除美国的核废料库存,并利用这些核废料来发电和为家庭供电。2013年,麻省理工学院跨原子设施的研究人员设计了一个更安全的核反应堆,以避免熔毁。但这些项目对仍存在的钚总量几乎没有影响。

使用核能作为替代能源,对于任何愿意尝试的公司来说,都是一场艰难的硬仗,但是韦勒斯坦说,没有化石燃料,核能有可能成为我们未来的一部分。我不是那种认为核能是一切的答案的人,但它可能需要成为未来的一个组成部分,因为对化石燃料的依赖是可怕的,他说。虽然有些人可能会对制造更多核废料的想法犹豫不决,但还是值得记住另一种选择。他说:「与气候变化相比,核废料是一个小问题。」