“神来之笔”行波堆“助纣”核电发展

遥远的行波堆

1958年，美国麻省理工学院的范伯格在国际和平利用原子能会议上提出了“增殖-燃烧反应堆”的概念，主要物理过程为可转换材料(如238U)在反应堆内的“原位”增殖和焚烧，将整个闭式燃料循环在同一个堆内实现，简化核燃料循环，提高一次通过模式的铀资源利用率。

由于该增殖焚烧过程通常有增殖行波和焚烧行波的物理图像，被广泛称为“行波堆”。其具体实现方式又可以进一步分为行波堆和驻波堆两种。如果行波堆能够研制成功并投入使用，它们提供的能量够地球上的每个人按照美国的人均能耗用上1000年。对此，范伯格表示：如果这个方案可行，今后我们只需要“每个行星有一个浓缩厂”，即只需要浓缩铀来点燃行波堆，用现有的乏燃料和天然铀就可以提供全世界所有人使用千年的能源。

可是，在当时的技术条件下，行波堆就像核聚变一样遥不可及，只能是一个纯理论研究。行波堆的燃耗要达到30%以上，燃料包壳辐照要达到500dpa(材料辐照性能)以上，而在当时的实验室条件下，材料辐照性能也达不到一年百个dpa。相对而言，当时的水堆技术，技术可行性更高，更具备工业应用条件，世界核电便以此种技术大规模发展起来。行波堆就这样被遗忘在工业应用的门槛之外。

随着世界核电的发展，一些问题日益凸显：核燃料的来源问题，乏燃料后处理的问题，以及核扩散的风险等。

乏燃料中包含有大量的放射性元素，具有放射性，如果不加以妥善处理，会严重影响环境与接触它们的人的健康。目前国际上对乏燃料的处置办法有两种：一次通过和进行乏燃料后处理。

进行乏燃料后处理，也有两种方式：一种是乏燃料出堆后，通过后处理分离出铀、钚，铀、钚可以另作他用。分离出铀、钚后的乏燃料经过几万年的存放后，放射性毒性可以减低到等效天然铀水平。另一种是，除分离出铀、钚以外，进一步分离出次量锕系核素，这就是先进燃料循环方式。次量锕系核素里有部分核素的放射性半衰期非常长，是乏燃料中除钚之外最主要的长期放射性毒性来源。把所有锕系元素分离出来后，剩余的乏燃料只需要储存几百年就可以降低到等效天然铀的水平。虽然很多国家的后处理技术已经发展得比较成熟，甚至达到了工业规模，但到目前为止，主要仍是针对压水堆乏燃料后处理，没有一条线是能够用于快堆及闭式燃料循环工业应用的，国家级的完整闭式燃料循环体系并没有真正建设起来。同时，能够分离出钚的后处理技术是敏感技术，后处理技术在降低了乏燃料的毒性的同时，也带来了核扩散的隐忧。

以美国为代表的国家对现有的后处理技术并不满意，他们认为，现有的后处理技术要耗费巨大的人力、物力、财力，且需要特别长的周期，在工业应用上并没有很大的前途，还不如等到技术进步得足够快，找到更适合于工业应用的办法后再处置。他们主要采用“一次通过”的方式，即核燃料焚烧后，从堆内卸出，深埋储存，以待日后后处理技术更加先进时再进行处理。

在核电发展的困境中，美国泰拉能源公司将目光投向了看起来遥不可及的行波堆技术，积极开展相关研究。

梦想照进现实

作为这个世界上最富有的人之一，比尔˙盖茨曾经表示，他有三个理想：一是每个人有一台电脑，都用上windows系统;二是消灭艾滋病、结核病和疟疾，每个人有平等的医疗机会;三是让穷人都能够用上清洁经济的电。为了实现他的理想，比尔˙盖茨做出了不懈努力。2006年，在评估了所有已在理论上被研究和讨论过的核反应堆类型后，比尔˙盖茨选择了行波堆，并创立了泰拉能源公司来发展这项技术。

行波堆可以以现有的贫铀、乏燃料回收铀或者天然铀为燃料，这就解决了燃料来源问题、减轻了乏燃料的存储问题;同时，在理想状况下，行波堆10年才需要加一次转换增殖燃料，不需要开展后处理，杜绝了核扩散的风险。如果行波堆能够变成现实，不但阻碍核能发展的核心问题化为乌有，困扰人类多年的能源问题亦能同时得到解决。

2006年，泰拉能源首席执行官、美国应用物理学家季约翰表示：我们认为行波堆这个概念很有潜力，但不是很快能够实现的。泰拉能源的任务是开展严谨的技术和工程开发，把行波堆的概念完善到一定程度，然后由大型核能企业继续做商业开发。

作为一个概念，是否能够成功建造第一个反应堆是决定行波堆未来发展的关键一步。2010年，比尔˙盖茨接受麻省理工《科技创业》杂志采访时表示，泰拉能源公司不计划自己筹钱建造行波堆，“会与一些国家和大型公司合作来建造”。