出品|网易科学人栏目组
译者|小小
早在20世纪50年代，就有人预测核能将能够满足人类的所有能源需求。然而60多年过去了，这种前景似乎正在褪色。那么这种昂贵、复杂、高效的能源未来将何去何从？
2011年3月11日周五下午3点45分，14米高的海啸猛烈撞击在福岛第一核电站的防护海堤上。这座核电站位于日本东海岸，其海堤仅仅能够防御不超过5.7米高的海浪袭击。当天早些时候，当里氏9级大地震引发海啸后，福岛核电站本身的电力供应已经关闭了1个小时左右。
由于预防核反应堆过热的冷却装置只能依赖于柴油发电机，但是14米高的巨浪摧毁了大部分柴油发电能力，燃油箱都被海水冲走。结果，三个核反应堆熔毁。地震和海啸夺去了福岛核电站3名工人的生命，该地区共有近1.6万人遇难，超过10万名当地居民被疏散。现在，这座核电站仍然是个庞大而混乱的清理项目，估计耗资或达1000亿美元。
图2：人类已经使用核能数十年时间，但价格、安全以及可再生能源选择正在改变核能行业现状
经济与合作组织下属核能机构（NEA）总干事威廉·马格伍德（William Magwood IV）回忆称：“福岛核灾难发生期间，我正在美国核管理委员会任职。我们组织中的任何人都会告诉你，当天的这种感觉不像是在日本，反而就像发生在美国。我们非常重视这件事。”
长期以来，核能支持者始终在尝试说服怀疑论者，这些人担心发生意外事故以及放射性废物的长期危害。再加上当前市场上倾向于支持廉价化石燃料（如天然气）的力量正在复兴，花费巨资修建新核电站的阻力越来越大。原子分裂能继续吗？核能能在21世纪存活下来吗？
图3：早在20世纪50年代，核能被许多人吹捧为未来的奇迹燃料，但它最终引发争议
马格伍德补充说，在福岛，核能行业正经历“反弹”。他同时指出，长期以来，监管机构和技术人员始终在致力于核能安全和核电厂设计改善方面的工作，希望确保类似事件不会再次发生。但更重要的是，不要低估了福岛核事故对核工业的影响。
正是受这场灾难影响，德国决定在2022年淘汰全部核能。有些在地理上接近福岛的地方，对此次事故更是感到不安。即使是多年来致力于打造核能工业的韩国也在考虑缩减规模，日本民众对核电站的信心也严重动摇。绿色能源公司Advanced Green Innovations的罗伯特·拉派尔（Robert Rapier）表示：“福岛核事故爆发后，我来到了夏威夷，即使这里也对核辐射感到极度恐惧。如果你问夏威夷人是否需要核电，他们会说‘绝对不行’，即使在附近建核反应堆也不行。”
图4：2016年3月份，800多名抗议者（包括许多福岛核事故难民）在东京举行游行示威，要求淘汰核能
这与20世纪50年代的宣传相去甚远，当时有关核能的许多宣传片告诉人们，核能可以提供几乎取之不尽的能源供应。它甚至可以为船只、飞机和火车提供动力，而不仅仅是能满足整个城市的电力需求。当时核电站还只是在理论上可以作为大规模的能源来用，但科学家已经知道核裂变的力量，由此产生的可能性似乎也是无穷无尽的。
但是今天，在有些地方，核能好像还未抓住机会。瑞士最近投票，决定禁止建立核能发电厂，并投资于可再生能源。这表明至少在某些市场，可再生能源正在赢得公众的青睐。
核能的魅力
然而，依然有很多国家并没有放弃核能。比如法国仍然在很大程度上依赖核能，因为它提供了大约该国所需75%的能源。而英国最近批准Hinkley Point C的建设，发电量达到3.2千兆瓦，它也是该国最大的核能发电站。
图5：并非所有集会都是反核能的。在德黑兰，这位学生高举支持伊朗核计划的标志
那些认为放弃核能是个糟糕主意的人，包括前美国宇航局的气候科学家詹姆斯·汉森（James Hansen）指出，可再生能源的不稳定性使发达国家难以依赖它们。英国前首席科学顾问大卫·麦凯伊（David MacKay）表示，风能、太阳能以及从植物源中提取的生物能必须要能够覆盖大片英国陆地和海洋，以这种方式为全国提供能源代价过于高昂。
这些预测仍然是许多辩论的主题，但那些支持核能的人认为，这是提供可靠和基本能源需求的唯一途径，也能满足许多国家最低的能源需求，不会过多地产生碳排放或其他形式的污染。然而，核能仍然存在形象问题。像拉派尔这样敏锐的观察人士说，将来这些核电站的设计可以比今天更安全。他提议建立“故障安全”系统，即使是灾难性的电力中断或后备发电失败，也不会影响反应堆冷却或进入更安全的运行状态。
以熔融盐冷却的核反应堆目前正在上海应用物理研究所进行研究。在理论上，它们不存在传统设计中出现灾难性崩溃事件的可能。这是因为反应堆中的燃料溶解于熔盐中，后者的温度可达到700摄氏度左右。在核裂变过程中，这种燃料会增加，有些被则会进入主要反应之外的循环回路内。这可以让我们随时检查核反应堆的活动状态。
高昂的成本问题
对许多业内人士来说，更直接的问题是，与较便宜的替代品相比，核能的成本很高。特别是天然气，最近天然气价格已经接近触底。以美国为例，最近有报道称，核电站生产每千瓦时能源的成本甚至比天然气发电厂还要高出0.02美元。这足以阻止投资者的意愿，因为建设新的核设施比天然气站造价要高得多。
核能的支持者，比如美国核能研究所的马修·沃尔德（Matthew Wald）认为，减少温室气体排放的目标必须与核基础设施投资相结合。沃尔德建议，美国电网区域输电组织可以根据碳排放凭空调节电价，以便让清洁资源变得更有竞争力。然而，这可能需要很大的政治意愿。
马格伍德说，在许多发达国家，市场基本上处于“功能失调状态”，因为那些着眼于化石燃料投资的人都非常短视。他承认建造新核电站的成本极高，这也阻止了核能的发展。这些核电站最终可以存活50到100年，但它们仍然难以得到投资者的青睐，因为类似火力发电成本更加便宜。
举个例子来说，英国最新的核电项目Hinkley Point C最终需要的建设和运营成本高达470亿美元。
图6：核电站退役成本和风险都很高，整个过程可能会持续数十年
拆卸核电站的挑战
当核电站不再用于发电时，拆卸它也需要付出高昂代价，这个过程往往需要几十年才能完成，并且由于复杂的结构和辐射等问题，也可能存在诸多安全风险。Viridian Consultants的科学家基姆·贾维斯（Kym Jarvis）正帮助开发新的技术，可以帮助在这样的环境下拆卸核电站。
该公司的技术被称为viridiscope，即利用激光烧掉受污染的小型物件（比如混凝土墙），这样他们就可以分析放射性。这项技术甚至可以安装在机器人身上，它们可以快速到达更高的区域，而不需要架设脚手架。到2018年春季，Viridiscope将在英国的五个核电站测试。贾维斯和正在研究这种技术的同事们称，他们希望这样能使核电站的退役过程变得更安全和快速，有助于维持核能在21世纪的吸引力。但她注意到，核工业传统上采用新技术的速度并不快。
贾维斯说：“这个领域没有很好的创新和变革传统。但我们已经在过去的12到18个月里注意到，人们对新创新的渴望变得更高了。”然而，在这个高度复杂的领域，依然存在各种各样的困难挑战，而其他企业根本不需要考虑这样的挑战。贾维斯解释说：“我们的设备有可能会受到污染，我们再也无法收回它们，而且我们也无法得到保险。”
需要降低建设成本
Energy for Humanity的环保活动家柯尔斯蒂·葛根（Kirsty Gogan）表示，建设核设施的成本将会下降。她建议开发那些可在工厂中大规模廉价生产的核反应堆或核反应堆组件。更小的“模块化”核反应堆最近被提议作为实现这个目标的潜在方法，也许它们将帮助核设施在21世纪成为可持续发展的选择。
开发这些设备的公司包括NuScale，他们认为这类设备会更容易制造和安装，也可能更安全，因为设计过程中需要更好地了解整个行业状况。它们很可能被更容易地出口到其他国家，并运到新兴市场。但这些设备也存在缺点，比如这些更小、更易于安装的移动式反应堆仍需要确保安全，在许多不同地方建设多个小型核反应堆的成本也会很高。另一方面，在单个站点中控制多个核电项目，可能会使该项目的成本和复杂性与现有更大核反应堆不分上下。
图7：为了帮助管理已经存在的核设施，我们可以用机器人来做危险的侦察或去污工作
然而，对新型反应堆设计的研究仍在继续。另一个选择是旅行波反应堆（TWR），它将使用铀浓缩过程中的副产品删除铀（deleted uranium）。在TWR中，少量能够进行核裂变的铀-235可以混合大量的铀-238。支持者认为，这是一种更有效、更可靠的能源。
TerraPower首席技术官约翰·吉尔兰（John Gilleland）称：“它开始滋生裂变材料，并在这个过程中不断消耗这些材料。”他指出，这可能会减少铀浓缩工厂的需要。这可能使核燃料供应链变得更简单、更便宜。事实上，这种反应可能会持续几十年。吉尔兰说，TerraPower正准备开始建设类似的核反应堆。
如何处理核废料？
当然，仍然存在着如何处理核废料的问题。当内部遭到中子轰击时，核燃料（比如说铀棒）就会变成废物。有些铀棒中的原子在这个过程中被分解，改变了物质中的元素，形成了高放射性同位素。许多专家认为，将这些核废料密封在容器内深埋到地下可能是处置它们的最好解决办法，芬兰和德国都在推进这样的计划。
但是这些设施的长期稳定性从未被测试过，它们可能会引起附近居民的担忧。某些地方的短期能源市场可能对核能的发展不太有利，但清洁能源拥护者已开始大力支持发展核能工业。举例来说，在美国加州，抗议者最近呼吁Diablo Canyon核电站继续保持开放。
建立新核电站的成本仍然令人望而却步，而且存在巨大的投资风险，这些风险肯定会使这些项目减少许多，因此对于政府来说，需要制定对核能发电更有利的政策。许多支持者表示，比许多风力发电机等可再生能源资产相比，核电站的寿命要长得多。此外，如果精心设计和管理，核电实际上可以是一种非常干净和安全的电源。对许多人来说，这正是未来所需要的。沃尔德表示：“你正在建造可以运行80年的资产，为此你必须仔细思量。”
本文来源：网易科学人
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