美国科技将核废料转化为能源，减少99.7%的放射性物质暴露 美国粒子加速器将核废料转化为电能，减少99.7%的放射性物质消耗。 该系统利用粒子加速器向目标（例如液态汞）发射高能质子，以引发散裂。 美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施的研究人员正在推进两个旨在优化加速器驱动系统 (ADS) 的高风险项目。 该计划着重于一项双重突破：利用乏核燃料产生更多无碳电力，同时大幅缩短其放射性寿命。 这些项目得到了美国能源部 NEWTON（核能废物嬗变优化）计划提供的 817 万美元拨款支持，标志着人们对乏核燃料的看法从将其视为永久性负债转变为将其视为可回收的燃料来源。 研究人员正在开发ADS技术。该系统利用粒子加速器向靶材（例如液态汞）发射高能质子，从而引发一种称为“散裂”的过程。该过程会释放出大量中子，这些中子会与核废料中不需要的、长寿命的同位素发生相互作用。 这项技术可以通过转化元素，有效地“燃烧”废物中最危险的成分。未经处理的燃料大约在10万年内都具有危险性，而通过ADS技术进行分离和回收利用，可以将这一时间窗口缩短至仅300年。 提高加速器效率以实现经济效益 该过程还会产生大量热量，这些热量可以被利用来为电网生产额外的电力。 “例如，与其让放射性物质在储存中保存 10 万年，不如将储存年限缩短至 300 年，”杰斐逊实验室超导射频技术负责人兼这两个项目的主要研究员耿荣利说。 为了使 ADS 在经济上可行，杰斐逊实验室正在攻克两个主要的技术难题：效率和功率。 传统粒子加速器需要庞大而昂贵的低温冷却系统才能达到超导温度。杰斐逊实验室正在开创一种更具成本效益的方法，即在纯铌腔体内部涂覆锡层。 这些铌锡腔体可在更高的温度下运行，因此可以使用标准的商用冷却装置，而无需定制的大型低温设备。该团队还在开发辐条腔体，这是一种复杂的设计，旨在进一步提高中子散裂的效率。 采用高功率磁控管 第二个项目重点研究光束背后的电源。研究人员正在改造磁控管——微波炉的电源部件——以提供ADS所需的10兆瓦功率。 主要挑战在于能量频率必须与加速器腔的频率精确匹配，即 805 兆赫兹。研究人员正与 Stellant Systems 公司合作，研发先进的磁控管原型，这些磁控管可以组合使用，以达到所需的高功率阈值并实现最高效率。 NEWTON计划旨在未来30年内实现美国全部商业核燃料库存的回收利用。 通过从一开始就引入 RadiaBeam、通用原子公司和 Stellant Systems 等行业合作伙伴，杰斐逊实验室正在确保这些技术能够迅速从实验室走向商业化生产。 这些项目为长期存在的关于永久地质处置库的争论提供了一种潜在的解决方案，将范式从长期掩埋转变为积极的、生产性的再利用。 这项技术的挑战在于如何真正将加速器科学从我们目前所处的技术成熟度水平，转化为该应用所需的技术水平。”
