散裂中子源原理

散裂中子源原理

能源匮乏已经越来越成为人类社会发展的瓶颈,在高效低耗的核电站纷纷登场的时候,核废料的处理又困惑着珍惜环境的人们.核废料怎样处理才最安全?有没有真正洁净的能源燃料?请看---- 核能源已日益成为当今世界的主要能源,在所有能源中所占的比例也越来越大.在法国占到80%,在美国占到30%.但在利用核能的同时,也伴随产生了大量的核废料.这些核废料是强发射性物质,会严重危害人类的生存.长期以来,科学家们一直在探讨核能源的洁净化问题,希望能有一种方法消除核废料.因此,洁净核能源技术的开发和应用便成为国际国内的一个热门话题.前不久,江泽民主席正式访问美国时,中美两国签署的“ 中美联合声明”中,也将洁净能源作为中美在环境保护方面合作的项目之一.据世界能源组织的估计,像煤炭和石油这样不可再生的化石能源,按现在的能源消耗速度,大体上还能使用50年； 现在可供和平使用的裂变核燃料（如铀235）,在地球上的储量也较少,大约能用20年.这意味着,放下核能源的洁净问题不说,单从储量的角度,人类的能源问题就已经十分危机了.人类迫切需要寻找新的能源和获取能量的新技术.科学家们认为,理想的洁净能源是实现太阳一样的可控核聚变.实现核聚变最好的燃料是氘和氚,这两种元素是氢的同位素,在地球上储量非常丰富.氘和氚燃烧后,其聚变产物是惰性物质氦,对环境没有任何污染.这样,人类就不但解决了能量的来源问题,能源的洁净问题也会得到彻底解决.其实,人类实现核聚变如“氢弹爆炸”已经30多年了,但为什么核聚变反应的和平利用问题却一直得不到解决呢?主要原因是核聚变反应所要求的温度、压力等条件太高,除了让其“ 爆炸”之外,目前尚不能在可控的范围内实现.据估计,人类至少还需要80至100年时间,才能解决和平利用核聚变的技术问题.也就是说,在解决核聚变技术问题之前和化石能源耗尽之后,人类的能源将出现几十年的“真空”.那么,用什么来填补这个真空呢?有人会说,可以用太阳能、风能和潮汐能等来填补.然而,这些能源由于数量少和技术成本高等原因,只能被人类作为辅助能源来利用,而不可能把它们当做主要的能源.在科学家看来,要填补能源的真空,只有依靠目前技术已经成熟并被广泛应用的受控核裂变.人类在和平利用核裂变能量中,发展并积累了大量的理论和实验技术,如果再把核裂变时产生的核废料问题解决了,人类对核能的利用将展现出美好的前景.核裂变产生的核废料中共有200-300种放射性核元素,从理论上讲这些核废料都是可以做到再利用的.目前,用作核燃料的铀235裂变后所产生的核废料,主要是碘129和锝99等.它们都带有极强的放射性,寿命均大于50年.目前人类实现的核是原子核在中子的轰击下造成的碎裂反应.但由于中子不带电,能量不能人为控制,而质子同中子质量相同,并带有一个正电荷,可以通过加速器进行能量控制.用加速后的质子轰击原子核,就能生产出能量合适的中子.这种质子通过电离氢原子即可得到.比如,氢化钛在加速器中被轰击电离,就可产生大量质子,形成质子源.质子源在中能强流质子加速器的作用下,产生质子束并轰击大块重金属靶,就可形成极强的中子源—— 散裂中子源,再用散裂中子源次临界反应堆,就可产生有选择的核裂变反应.核燃料在中子轰击下裂变的同时能产生核废料,而核废料在适当强度和能量的中子轰击下,又能有选择地被嬗变成稳定的元素.实验和理论都已证明,大多数锕系核元素都可以在快中子或高强度的热中子环境中裂变.而毒性大的裂变产物（如钚239）也可以被热中子嬗变掉,这就是核废料的洁净化过程.此外,在合适能量中子的轰击下,还可燃烧地球上含量丰富、但在普通裂变堆里不能燃烧重元素（ 如钍等新的核燃料）.中子在反应堆中有益和有害两种作用同时存在,并且相互竞争,使我们有机会选择合适强度和能量的中子以改变各种作用相对关系,使之兴利去弊,造福人类.洁净核能源就是在现在的反应堆之外再设置一个中子源,给反应堆人为地造成精心设计的中子环境,在提供能量的同时,增殖核燃料和嬗变核废料,使反应堆在无高放射性核废料输出的情况下运行.现在,洁净核能源的概念设计已经基本解决,基本技术也积累了不少经验,估计在20年后投入应用.那时,地球上储量丰富的钍等元素都能裂变燃烧.按目前最保守的估计,也能解决人类60到100年的能源问题.这以后核聚变技术将会成熟,人类可利用核聚变来提供能源.核能是一种安全的能源 恐“核”大可不必