核電站的放射性廢料必須儲(chǔ)存數(shù)千年才能停止輻射。然而,嬗變可以減少輻射,至少?gòu)脑瓌t上可以明顯降低傷害。真空泵在此過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。
嬗變(而非儲(chǔ)存)是將高放射性廢料轉(zhuǎn)化為非放射性物質(zhì),或至少將半衰期縮短至可管理時(shí)長(zhǎng)的一種前景光明的方法。真空是此過(guò)程的必備要求之一。
1500 萬(wàn)年的半衰期
約1% 的廢棄燃料棒成為"問(wèn)題材料",包括放射性钚和其他高放射性同位素,其半衰期長(zhǎng)達(dá)1500 萬(wàn)年。今天,再處理工廠回收钚和剩余裂變鈾來(lái)制造新燃料棒。以前,殘余高危材料成為近乎于必須永久存儲(chǔ)的材料。如今,還可以將這類材料進(jìn)行化學(xué)分離,讓它們發(fā)生物理變化(嬗變)。
嬗變發(fā)生在加速器驅(qū)動(dòng)型系統(tǒng) (ADS) 中。ADS 的核心元件是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)百米的粒子加速器, 質(zhì)子在加速器中以近光速的速度加速。在此過(guò)程中,粒子之間不會(huì)發(fā)生相互碰撞。因此,系統(tǒng)中的特殊真空泵會(huì)產(chǎn)生 10-6 至 10-10 百帕的超高真空。
預(yù)期衰變
質(zhì)子撞擊蘊(yùn)含大量動(dòng)能和原子核的重金屬混合物。這釋放出的中子現(xiàn)在也以高能撞擊原子廢料的粒子。它們之間的碰撞會(huì)在放射性同位素的原子核中引發(fā)眾多衰變過(guò)程。在很大程度上,它們轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的非放射性同位素或具有超短半衰期的放射性粒子。關(guān)鍵同位素的數(shù)量可以連續(xù)縮減幾輪。
與核裂變相比,這種嬗變不會(huì)失控。如果關(guān)閉質(zhì)子束,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就會(huì)停止。原則上,此過(guò)程仍然可以產(chǎn)生比其所需更多的能量。這在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用已經(jīng)有一段時(shí)間了。自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái),研究人員一直從工業(yè)規(guī)模上研究 ADS。第一個(gè)試點(diǎn)系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于 2020 年在日本投入工作。第二個(gè)系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于 2023 年在比利時(shí)摩爾投入運(yùn)行。核廢料回收發(fā)電廠每年可以處理來(lái)自十座核電站的高放射性廢料。原子廢料的z*終儲(chǔ)存問(wèn)題z*終將實(shí)現(xiàn)可控管理。