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核废料具有致命的放射性,如何处理它?这曾经是许多年的难题。如今,有人想出了降伏核废料的妙招,让核废料不仅不威胁人类,还会造福人类!
核废料之所以称为废料,就是废料中的放射性元素含量太少,无法利用,但是它散发出的放射性,却足以杀死人类,而且它的放射性会持续百千万年都不止!
因此,人类对它的处理必须非常谨慎,否则它随时会危及周围人的健康。目前没有更合适的方式处理它,只是在人烟稀少的地区,把它埋入地下。更大的问题,是如何处理核电厂流出的被放射性物质污染了的水,这些水具有流动性,不小心就会流淌出去造成核污染,用各种物理和化学的方式也可以处理它,但这其中所需要的花费太高,因此目前,核污染的废水也是采用地下蓄存的方式严管着,存放着。但这一切现状不能一直这样持续下去,核废物不可能这样无限量地存放掩埋下去,而且这些污染物都是危险品,随时可能危害人类。
如何处理核废料一直是科学家们的心头病,这个问题必须得解决。
伽马射线让核废料变能源
大约2002年,美国燃料公司的负责人就发表了他们研究出的核废料处理妙招——“光致失活”法,就是用光照射的方式让核废料快速失去放射性,变成稳定的没有危险的物质。
这里采用的光不是一般的光,而是能量很高的伽马射线。要产生高能量的伽马射线不太容易,科学家用的是电子加速器产生高速电子轰击钨,就可以产生出能量达10兆电子伏(1个电子穿过1千万伏特电压的电场后所具有的能量)的伽马光子,这种伽马光子照射到核废料上,核废料中的铀-238等残留的核燃料就会发生裂变反应,由此产生的能量还可以组建一个小电厂。例如1百万瓦的电能产生的伽马射线可以让核废料释放出2千万瓦的电能。最关键的是,如果撤去伽马射线的照射,核废料的反应立刻停止,这可是个大优点,这说明核废料的核反应随时可以开始,随时可以终止,不会像普通的核裂变反应那样失去控制。
伽马射线的照射可以让普通的放射性物质,例如铀-238,钍-232,铯-137,锶-90等都能够继续核反应,产生稳定的物质。而且核废料在光照之前不需要做任何事先的处理,这项技术只需要一个加速器,甚至在核电厂当场就可以处理,不需要把废料运出来。
原来激光也可以灭掉核废料的活性
令人振奋的是,科学家又发现了更便捷的方法,连粒子加速器都不用,只需要一台普通的激光器就可以!
原理是这样的:一台360焦耳的普通激光器,发出的激光脉冲虽然只有360焦耳,但是集中在0.7皮秒(百亿分之一秒)和极小的面积上,所产生的能量密度高达每平方厘米5X10
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瓦!让激光对准金发射,把金上的很多原子的电子给轰击出来,让金变成离子,其中的电子会被加速到很高的能量,当电子撞到另一金块时,就会放射出伽马射线,从而引发放在附近的核废料发生核反应,一般情况会把不稳定元素的中子给轰出来,例如伽马射线会让碘-129变成碘-128。发射一次激光脉冲就可以让3百万个碘-129原子核发生反应。要知道,碘-129衰变一半的时间是1500万年,而碘-128衰变一半只需要25分钟!这样就把具有长久危险的碘-129的毒性快速释放出来了,以后它就不会危害环境了。
遗憾,激光的能力有限
读到这里,也许很多人都会激动起来,用激光就可以处理核废料,这可太好了,以后核电厂备几台激光器就可以高枕无忧了!但遗憾的是,我们高兴的还太早了,看上去发射一次激光处理几百万个原子,好像挺多,但是一旦用质量来衡量,那可太少了,我们可以用一个数据来说明激光处理核废料的能力。拿上述普通360焦耳的激光器来说,要把46克的碘-129全部转变成碘-128,需要激光器射击10
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次!这个概念相当于:激光器每秒开启1万次的话,需要3百万年才能处理完含有46克碘-129的核废料!如果是这样的处理速度,还不如让核废料自生自灭了。
还有,由于激光产生的伽马射线无法让足够的原子核发生反应,也就无法让核废料产生足够的能量来发电,而激光器却很耗电。于是,根据上述计算,处理一个核电厂的核废料,需要几个核电厂开动起来为激光器工作,那我们还处理它干啥?徒耗能源而已!
看来,科学家想找个更便捷的方式,但没有成功,比较遗憾,激光承担不起这个处理核废料的重任。
可能的两全其美方式
也许这个分析又把你打击到冰点了,不过值得提及的是,激光的方式并不是一无是处,它还有一个好处,就是它能激发核废料产生很多医疗上需要的同位素,而且所需要的仪器很轻便:一台普通的激光器,加上两块金子,就可以了。而现在医疗上用的放射性元素一般需要用较大的回旋加速器,开动一次需要耗费较大的能量,其实医疗上用到放射性元素的时候都是很少量的,例如用到起标记作用的放射性原子都是以多少个来数的,正好上述激光装置就可以满足了。
另外,激光处理核废料还告诉我们一个有用的消息,可能是激光产生的伽马射线的数量太少的缘故,不能使核废料放出足够的能量来供我们使用,难道核电厂必须配上个百万瓦的粒子加速器?既然核废料的处理需要足够的伽马射线,很多人想到了热核反应,也许给核裂变反应堆串上一个热核反应堆,要比串上一个粒子加速器来得经济。而且两者还能互相帮助,核裂变反应可以为热核反应提供反应所需要的高温,而热核反应放出的高能量光子又可以把核废料的活性灭掉,同时用核裂变和核聚变发电,岂不两全其美?不过这还是个想法,还没有人来试验核裂变和核聚变能否合作。
无论如何,伽马射线处理核废料的法子确实是个妙招,剩下的就是我们选择最合适的仪器来制造伽马射线的问题了,也许强大的粒子加速器可以帮助我们,让核废料变身为人类需要的宝物。