如果没有长期放射性废物这一问题,核能就会是终极“绿色”能源。铀的替代品是钍,这种放射性矿石的自然衰变产生了我们一半的地热能,而地热能被我们视为“绿色能源”。欧洲核子研究中心(CERN)20多年来的研究表明,钍有望成为一种颠覆性的清洁能源来源,在任何地点、任何时间提供充足电力。CERN是互联网的诞生地,也是希格斯玻色子被发现的地方。
煤炭和天然气仍然是全球最大的电力来源,严重威胁气候平衡。太阳能等非化石能源替代方案即使在阳光充足的加利福尼亚州也要占用大量土地,而且在20年内退役时还将带来严峻的回收挑战。太阳能更适合单户家庭使用,而非集中式电站。风能所需的占地面积甚至比太阳能更大。
正如《时代》杂志评选的“环境英雄”迈克尔·谢伦伯格(Michael Shellenberger)最近所写:“如果加利福尼亚州和德国将6800亿美元投资于核电站,而非太阳能电场和风电场等可再生能源,那么两地现在已经能有100%甚至更多的电力来自清洁能源。”这话没错,但传统铀基核电站产生的长期核废料仍是一个令人担忧的问题。
20世纪90年代初,1984年诺贝尔物理学奖得主、时任CERN总干事的卡洛·鲁比亚(Carlo Rubbia)发起了一项小型实验,将前沿加速器技术用于能源生产。由欧盟委员会资助的“第一能源放大器测试”(FEAT)成功验证了一种基于储量广泛的钍、清洁且本质安全的能源生产过程的原理。此后,众多实验已证明该技术具备大规模扩展并用于工业生产的可行性。实验还表明,现有的长期核废料(危害时间达24万年或更久)可在钍反应堆中“焚烧”,转化为更易处理的短期核废料(危害时间不足500年)。
这种过程称为加速器驱动次临界系统(ADS),由CERN开发的多项关键技术组成:加速后的质子束聚焦于金属靶材,通常为铅,通过一种称为散裂的过程产生中子。随后,中子将钍转化为可裂变的铀-233,通过核裂变产生热量。较重的铀-233原子核分裂成锆等较小的原子核(想想购物频道里的珠宝)或氙(用于相机闪光灯),产生的放射性废物极少。

与其他能源生产方式相比,ADS有许多优势:
清洁:不会产生排放物(包括二氧化碳、氮氧化物或硫氧化物颗粒等),这与化石燃料不同。热量来自钍嬗变为高放射性的铀-233,随后铀-233裂变成较小的粒子。
可行性:事实证明,ADS技术的开发是一个范围明确的问题,开发时间表也切实可行。相比之下,聚变是一个范围无界的问题,没有明确的开发时间表。
核废料嬗变:事实证明,ADS过程可以将危害时间达24万年或更久的长期核废料嬗变为毒性持续时间不足500年的短期放射性废物。这项技术有望解决极长期放射性废物储存这一棘手难题。
不用于军事:国际原子能机构曾多次表示,这项技术“本质上具有抗扩散性”。
钍储量丰富:按2018年的全球电力消费水平计算,足够使用20个世纪。钍在全球分布广泛,没有任何国家能够垄断。
高能量密度:1吨钍提供的能量相当于300万吨煤,或200吨经浓缩、可用于核反应堆的天然铀。
本质安全:该过程在大气压下运行,因此电站不会爆炸(不同于切尔诺贝利)。质子束一旦中断,反应也会立即停止,从而确保本质安全。
适配智能电网:能够即时开启和关闭,使ADS电站非常适合为智能电网提供基荷电力。
占地面积小:一座500兆瓦的ADS电站只相当于一座中型工厂的规模;相比之下,阳光充足的加利福尼亚沙漠中,550兆瓦的托帕兹太阳能电场占地26平方公里(10平方英里)。在多雨的西北地区,同等规模的太阳能电场几乎要大三倍,约为62平方公里。风力涡轮机所需空间更大。
靠近用户:ADS本质安全且体积小,非常适合各种用途,包括工业和城市用途;它也能部署在偏远地区,包括日照较少的高纬度地区。
生产脱碳氢:可将反应堆建在高纬度地区丰富的淡水资源附近,以清洁方式生产氢气,把电能转化为绿色气体,用于交通、供暖和工业流程。

ADS技术兼具两大前景:提供近乎无限的清洁电力,同时销毁毒性极强的长期核废料。其本质安全性使电站能够建在任何地方,甚至靠近城市地区,并适应任何气候。ADS有望按需提供可持续能源,并轻松接入智能电网。若与绿色氢能生产相结合,它可以实现整个能源需求的脱碳,从交通到工业领域皆可涵盖。
这项前景广阔的技术有望推动清洁能源生产范式转变,而且几年内即可实现,无须等待数十年,从而助力应对全球变暖。


