科学家研发出一种加速器，有望将核废料的存续时间缩短 99% 数十年来，核能一直被视为能源领域的“丑小鸭”，原因在于其存在诸多弊端，包括高昂的成本、可能导致热失控从而引发灾难性事故的风险，以及核电站产生的有害副产品。核废料尤其臭名昭著，因为其放射性物质能持续危险地存在数千年之久。目前，全球各地的核电站所产生的数千吨用过的固体燃料以及数百万升来自武器生产的放射性液体废料都存放在临时储存容器中。 值得庆幸的是，人类距离解决核威胁这一问题的永久性解决方案又近了一步：美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施（杰斐逊实验室）的科学家们正在研发一种名为“加速器驱动系统”（ADS）的技术，该系统旨在将长期存在的核废料转化为半衰期较短的同位素，从而有可能将核废料所需的储存时间缩短 99.7%。 杰斐逊实验室的粒子加速器利用高能质子束撞击一种重金属靶（比如液态汞），引发散射反应以产生中子。这些中子随后会冲击核废料（包括少量锕系元素和长寿命裂变产物），将它们“烧毁”并将其转化为更稳定或半衰期较短的元素。通过这一过程触发的裂变反应会产生热量，这些热量可以转化为无碳能源。这一过程能够将核废料所需的隔离时间从约 10 万年缩短至仅 300 年。 杰斐逊实验室项目由 817 万美元的NEWTON（核能废物嬗变优化现在）计划提供资金支持，该计划旨在开发高效、超导的射频（SRF）腔体，特别为这些高功率质子直线加速器设计了铌-锡腔体。传统的粒子加速器依靠昂贵的低温冷却系统才能达到超导温度。 杰斐逊实验室正在推进一种经济高效的粒子加速器技术，该技术是通过在纯铌腔体表面涂上一层薄薄的锡来实现的，从而形成一种铌-锡高性能金属间化合物超导体，这种超导体可用于产生强大的磁场。这一创新使得腔体能够在更高的温度（18 开尔文）下达到超导状态。 话虽如此，杰斐逊实验室项目目前仍处于研究和优化阶段。早在 2024 年，芬兰就推出Onkalo，这是世界上首个永久性的深地质核废料储存库。它位于奥尔基洛托岛，深埋于稳定的基岩中约 400 米处，采用了多层屏障的 KBS-3 系统，可将乏燃料隔离 10 万年。KBS-3 方法是将乏燃料放入铜制容器中，然后将其放置在隧道中，周围覆盖膨润土黏土，并密封在基岩中以防止辐射泄漏。由Posiva公司运营的该项目已经开发了超过 25 年。Onkalo被认为是核能可持续发展的一个重大突破。 但芬兰并非个例。去年 10 月，瑞典开始建设一个类似于芬兰Onkalo设施的深地核废料储存库。大约有十几个欧洲国家也在计划建造用于储存本国核废料的深地质储存库。在美国，政府官员曾提议将该国的核废料储存在内华达州尤卡山地下约 300 米处、高于地下水位 300 米的储存库中。然而，这一想法因总统的更迭而时兴时衰。 目前，核废料主要堆积在其产生地——发电厂和处理设施处——有些甚至自 20 世纪 40 年代以来一直存放在临时储存库中。仅在汉福德一处，就有超过 2 亿升放射性液体废料——包括液体、沉淀物和泥浆——积存在储罐中，等待处理。显然。将这类高放射性液体废物长期储存下去是很难做到可持续的。 即便核能正迎来复兴，安全处理核废料这一难题仍可能在全球能源领域占据核心地位。预计到 2050 年，全球核能发电r容量将增加一倍以上，达到超过 1000 吉瓦（以电能计），这得益于减排目标、数据中心用电量的激增以及对能源安全的追求。到 2050 年，全球新增核能发电容量的一半预计将来自中国，其核能发电设施有望在 2030 年超过美国，成为全球最大的核能发电国。中国正在建设超过 30 座新的反应堆，约占全球在建核电厂数量的近三分之一。中国在大型第三代/第四代反应堆和小型模块化反应方面投入大量资金，旨在实现快速现代化。 但并非只有中国如此：包括埃及、孟加拉国和土耳其在内的约 50 个国家目前正在探索或规划核能项目，到 2050 年，这些项目可能会增加约 160 吉瓦的发电能力。
