科學家對下一代先進核反應器寄予厚望但有安全擔憂
下一代核反應器正在引發一場關於其燃料是否可用於製造炸彈的爭論,從而危及防止核武擴散的努力。從理論上講,燃料中的鈾可用於研發核武。老式反應器使用的鈾濃度很低,因此不構成武器擴散的威脅。但一些專家警告說,先進的反應器將使用更高濃度的鈾,這將使它們成為恐怖組織或其他國家的潛在目標,因為它們想利用這些燃料來發展自己的核武。
他們認為,美國還沒有做好足夠的準備來應對這種最壞的情況,並呼籲國會和能源部評估先進反應器燃料的潛在安全風險。
一些專家和行業組織仍然認為,這種最壞的情況是不可能發生的。但隨著核反應爐成為更具吸引力的能源來源,這個問題開始變得棘手,並在國會中獲得了兩黨罕見的支持。
核反應器發電時不會產生導致氣候變遷的溫室氣體排放。太陽能和風能隨天氣和時間變化,而核反應器則不同,它能提供與天然氣和煤炭發電廠類似的穩定電力來源。本月早些時候,喬-拜登總統簽署了兩黨立法,使其成為法律,旨在透過簡化審批流程,加快美國下一代核反應器的發展。
下一代反應器體積更小,採用模組化設計,與老式核電廠相比,成本更低,更容易建造。除了發電,小型反應器設計還可用於為工業設施生產高溫熱能。
美國核能管理委員會(NRC)去年首次認證了一種先進的小型模組化反應器設計。我們可能還需要數年時間才能看到商用核電廠投入運作。但是,如果美國想要實現這一目標,就必須建立起先進反應器所需的燃料供應鏈。 《減少通貨膨脹法案》中就包括7 億美元的預算用於發展國內燃料供應。
如今的反應器通常使用一種名為鈾235 的鈾同位素燃料。天然鈾中的鈾235 濃度很低;它必須經過”濃縮”–傳統反應器的鈾235 濃度通常高達5%。小型先進反應器將使用能量密度更高的燃料,這種燃料的鈾-235 濃度在5% 到20% 之間,稱為HALEU(高分析低濃縮鈾的簡稱)。
“這種較高的濃度令一些專家憂心忡忡。”一組核擴散專家和工程師(其中包括第一顆氫彈的設計者之一)上個月在《科學》雜誌上發表了一份政策分析報告,其中指出:”如果證實哈拉爾-尤鈾可用於武器,那麼即使是單一反應器也會帶來嚴重的安全問題。”
濃度至少達到20% 的燃料被視為高濃縮鈾,有可能用於開發核武。作者認為,隨著高濃縮鈾設計的鈾-235 含量達到19.75%,美國是時候認真考慮下一代核反應器的安全問題了。
麻省理工學院核子科學與工程副教授兼核安與政策實驗室主任斯科特-坎普(R. Scott Kemp)說:”我們需要確保我們不會在這裡自作主張,在我們開始向全國各地發送[HALEU] 之前,首先確保所有的安保和安全規定都已到位。
坎普和他的合著者在論文中寫道,20%的閾值可以追溯到20世紀70年代,而壞人表面上擁有更多的資訊和計算工具來開發武器。論文認為,甚至有可能在20% 的閾值下用HALEU 製作炸彈。
「幸運的是,要做到這一點仍然非常困難。」麻省理工學院首席研究科學家、橡樹嶺國家實驗室企業研究員查爾斯-福斯伯格(Charles Forsberg)說:”這可不是小規模盜竊。他說,一個組織可能需要從一個小型先進反應器中竊取幾年的燃料,才能製造出論文中描述的那種炸彈。
他說,即使有了可行的武器設計,也需要一個至少由數百人組成的複雜團隊,才能完成將燃料轉化為金屬鈾以製造可行武器的所有步驟。除非他們比我和我的同事們厲害得多,否則一個國家以下的組織(例如恐怖組織)是沒有機會的。
一個敵對國家顯然比一個犯罪小團體更有能力。但他仍然認為這對他們來說不值得。以他們的資源,本身就可以建造一座工廠來生產武器級鈾,通常鈾-235 的濃縮度超過90%。
他說,如果另一個國家開始為未來的反應器生產和儲存高濃縮鈾,但實際上卻懷抱著更邪惡的意圖,那才是更可信的風險。一旦他們為高濃縮鈾進行鈾濃縮,他們就已經開始建立達到武器級鈾的能力。福斯伯格說:”這就是我們對任何決定生產高濃縮鈾的民族國家的擔憂。他們已經採取了一些措施……他們正在向核軍備競賽線靠近。”
除了要求國會對高濃縮鈾進行最新的安全評估外,該文件還建議根據新的研究結果降低鈾的濃縮上限,或加強高濃縮鈾的安全措施,使其更接近武器可用燃料的安全措施。
與《科學》論文的作者不同,福斯伯格認為美國已經採取了適當的預防措施來確保下一代核反應器和高濃縮鈾的安全。他說,幾十年來,人們對安全風險已經有了充分的了解和討論,儘管其中大部分都是機密資訊。這也是難以消除恐懼的部分原因。
核能研究所負責技術和監管服務的副總裁珍妮弗-烏勒(Jennifer Uhle)在電子郵件聲明中說:”本研究作者的觀點並未提供任何新的信息,不應該阻止按照美國和國際監管機構已經制定的嚴格要求開發和部署HALEU。
1986年切爾諾貝利災難和2011年福島災難發生後,人們對核能的恐懼隨著尋找不會導致氣候變遷的能源的需求和更先進技術的承諾而逐漸消退。但並不是每個人都相信這一點,哈龍核電廠引發的安全問題與批評者對核能的其他問題不謀而合。
關心世事科學家聯盟核電安全主任、本文另一位作者埃德溫-萊曼(Edwin Lyman)說:”除非有真正充分的理由改用核擴散風險更大的燃料,否則使用這些燃料是不負責任的。