核電站的放射性廢料必須儲存數千年才能停止輻射。然而,嬗變可以減少輻射,至少從原則上可以明顯降低傷害。真空泵在此過程中發揮著重要作用。
嬗變(而非儲存)是將高放射性廢料轉化為非放射性物質,或至少將半衰期縮短至可管理時長的一種前景光明的方法。真空是此過程的必備要求之一。
1500 萬年的半衰期
約1% 的廢棄燃料棒成為"問題材料",包括放射性钚和其他高放射性同位素,其半衰期長達1500 萬年。今天,再處理工廠回收钚和剩余裂變鈾來制造新燃料棒。以前,殘余高危材料成為近乎于必須永久存儲的材料。如今,還可以將這類材料進行化學分離,讓它們發生物理變化(嬗變)。
嬗變發生在加速器驅動型系統 (ADS) 中。ADS 的核心元件是一個長達百米的粒子加速器, 質子在加速器中以近光速的速度加速。在此過程中,粒子之間不會發生相互碰撞。因此,系統中的特殊真空泵會產生 10-6 至 10-10 百帕的超高真空。
預期衰變
質子撞擊蘊含大量動能和原子核的重金屬混合物。這釋放出的中子現在也以高能撞擊原子廢料的粒子。它們之間的碰撞會在放射性同位素的原子核中引發眾多衰變過程。在很大程度上,它們轉化為穩定的非放射性同位素或具有超短半衰期的放射性粒子。關鍵同位素的數量可以連續縮減幾輪。
與核裂變相比,這種嬗變不會失控。如果關閉質子束,鏈式反應就會停止。原則上,此過程仍然可以產生比其所需更多的能量。這在實驗室中應用已經有一段時間了。自 20 世紀 90 年代以來,研究人員一直從工業規模上研究 ADS。第一個試點系統預計將于 2020 年在日本投入工作。第二個系統預計將于 2023 年在比利時摩爾投入運行。核廢料回收發電廠每年可以處理來自十座核電站的高放射性廢料。原子廢料的z*終儲存問題z*終將實現可控管理。