最終,這樣的反應堆注定成為一個更大系統(tǒng)中的一部分,更不用說,任何核反應堆將會很快地毒化自己。隨著鏈式反應的進行,鈾原子裂解后核燃料累積越來越多的核碎片,反過來這些碎片會吸收越來越多的、保持核反應進程所需的中子。大約18個月之后,核燃料就成為“廢料”,并且必須將其卸去——即便其中依然含有很多原始能量。
美國能源部核能辦公室原主任、現(xiàn)任美國核管理委員會成員威廉姆·馬格伍德說:“因此過去一直有這么一種看法:即乏燃料再循環(huán)結(jié)構(gòu)能夠重新獲得燃料的更多能量。”全球性的核廢料再處理工廠網(wǎng)絡可以利用核廢料,通過化學方法提取乏燃料中依然能使用的部分——其中大部分是鈾-235和部分可裂變的钚-239(鈾-238的中子被捕獲以后成為钚-239),然后將其轉(zhuǎn)換為新的核燃料。最終,這種工廠轉(zhuǎn)變?yōu)樾乱淮脑鲋撤磻?,其設(shè)計目的就在于使钚產(chǎn)量最大化。唯一的廢棄物將是一種相對來說很少部分的高強度輻射性裂變產(chǎn)品殘留物,這些廢棄物在幾百年內(nèi)就可以衰變,利用精心設(shè)計的水泥棺能夠安全地處置這些廢棄物。
馬格伍德說,上世紀60年代和70年代早期,這種版本成為美國核反應堆的主導戰(zhàn)略,確切地說美國核管當局終止了許多非增殖反應堆(包括熔鹽反應堆)設(shè)計的研究經(jīng)費。這一計劃確實見到了成效:目前全世界共有437座運營核反應堆,其中356座為輕水反應堆。
然而,1974年5月,印度利用從乏燃料中提取的钚,成功地試驗了一顆原子彈。陡然間,全球各國政府不得不面對一種地緣政治現(xiàn)實:大規(guī)模商業(yè)化再處理將引發(fā)猖獗的核武器擴散問題。因為每一家再處理工廠都能處理以噸為單位的、足以用來制造原子彈的钚,核查人員如何才能確認沒有人從中提取制造核武器所需要的4到6公斤钚呢?
因此,1977年美國總統(tǒng)卡特禁止對乏燃料進行商業(yè)化再處理,幾年后里根總統(tǒng)解除了上述禁令。但由于設(shè)施造價太高,自那時到現(xiàn)在,全球只有法國的兩個乏燃料商業(yè)化再處理工廠運營。大多數(shù)增殖反應堆的研究工作也都停止了,因為沒有乏燃料再處理工廠這些研究沒有意義。研究人員發(fā)現(xiàn)自己遺留了一個很棘手的核燃料處置問題:現(xiàn)在不得不設(shè)法將成千上萬噸的核廢料進行隔離數(shù)百世紀之久。因為钚-239的半衰期為24100年。沒有人能夠確保如何將核廢料安全地隔離那么大的時間尺度。
與此同時,上世紀70年代關(guān)于核電站安全的呼聲也日益增強。一旦出現(xiàn)任何故障導致經(jīng)過輕水反應堆的水流中斷,熱量將會被圍困于核反應堆芯。即便是技術(shù)性地關(guān)閉核反應堆,裂變產(chǎn)品依然能通過放射性衰變產(chǎn)生足夠熱量,熔化核燃料并進入到周圍環(huán)境之中。雖然所有的輕水反應堆都配備有緊急備用冷卻系統(tǒng),但問題是一旦備用系統(tǒng)也失靈該將如何處置?
1979年3月,美國賓夕法尼亞州三里島核電站發(fā)生事故,人們真正認識到了這種擔憂;而2011年日本福島核電站發(fā)生的堆芯熔毀慘劇,更明顯地證實了這種擔憂。
第二次機會
美國三里島核事故發(fā)生后在公眾和政治層引起了強烈反對,全世界范圍的核能發(fā)展暫時都受到了很大限制,而且這種情況一直持續(xù)了長達25年。電力公司取消了其核能發(fā)展計劃,并取消了幾乎所有反應堆訂單。整個核能工業(yè)變得更加不愿意探索新技術(shù)。加州大學伯克利分校核工程師皮爾·皮特森說:“它們不愿承擔其他新技術(shù)和材料的風險,僅關(guān)注那些擁有豐富經(jīng)驗的技術(shù)和材料,因為深知這些能夠得到監(jiān)管機構(gòu)的批準。”
由于工業(yè)界的興趣極少,以及先進反應堆開發(fā)投入實際應用的希望渺茫,其研究工作不得不掙扎于反復無常的計劃和資助。美國威斯康辛大學麥迪遜分校核工程師米歇爾·考拉蒂尼說:“如果你忽上忽下的話,制定計劃和從事先進工程研究開發(fā)就異常艱辛。”