最近，美國科學家設計了兩種新反應堆。超高溫反應堆可以兼顧安全和效率，改良的鈉冷卻反應堆會減輕廢料帶來的問題。
    超高溫反應堆
        1951年12月20日，美國愛達荷州Arco小鎮(zhèn)外，當串在一起的四盞100瓦燈泡，閃爍出越來越耀眼的光芒時，人類首次成功地用上了核能。與煤炭和石油化工燃料不同，核裂變是核能爆發(fā)的關鍵，它放射出的物質(zhì)沒有二氧化碳。
        一個核反應堆產(chǎn)生的能量來自其內(nèi)部的能源棒，而每一個能源棒都充滿了鈾氧化物。每當內(nèi)部的中子撞擊鈾原子的時候，原子就一分為二，同時散發(fā)出能量，并釋放更多的鈾原子，新產(chǎn)生的鈾原子又與其他的原子互相碰撞，從而形成了一個反應鏈。這個過程中積累的熱量能使水變?yōu)檎羝?，進而推動發(fā)電機旋轉產(chǎn)生電能。由于鈾原子裂變所產(chǎn)生的能量是燃燒煤炭所產(chǎn)生能量的一千萬倍，因此理論上，核能是最具效率和經(jīng)濟價值的能源。
        具體來說，一座百萬千瓦的火電站需要260萬噸煤，而核電站只需要30噸的鈾原料就可以。核電站一年產(chǎn)生的二氧化碳僅是同等規(guī)模燃煤電站排放量的1.6%，核電站不排放二氧化硫、氮氧化物和煙塵。此外，核電成本優(yōu)勢突出。目前國際上成熟的核電成本普遍低于煤電成本，法國核電成本是煤電成本的0.57倍，日本是0.66倍，美國在1962年就已經(jīng)低于煤電成本。
    核能到底有多危險
         但是，在近60年中，對于核能，公眾更關心的是，核能可能帶來的危害事件和能源廢料?？茖W家還需要找到一個可行的、安全的、合乎法律的廢料處理方式。“無論你支持還是反對，我們都已經(jīng)在燃燒能源了，”1976年諾貝爾物理獎得主BurtonRichter說，“現(xiàn)在，6萬噸燃料正在反應堆里燃燒著”。
        其實，內(nèi)部人員比很多人更了解核設施的安全性。在美國的土地上，還沒有一個人死于核事件；相反的是，從“大氣凈化力量”環(huán)保組織2004年的報告中顯示，美國每年有兩萬四千人死于化工燃料產(chǎn)生的氣體。正如綠色心靈組織的環(huán)保人士Moore所說：“在減少化工燃料的使用上，沒有任何技術能比核能做得更多。”
        目前，在第二代核反應堆技術中，其安全系數(shù)已經(jīng)能夠達到一萬個堆平均一年可能會發(fā)生一次堆心溶化的低概率。而在日本的第三代ABW2技術，則就到了10萬個堆年可能發(fā)生一次堆心溶化。在新技術使用前，“全世界范圍內(nèi)除了深度掩埋核廢料，還沒有更好的辦法。”芬蘭TVO公司的副總裁安尼利•尼古拉表示。該公司在芬蘭運營兩座第二代核電站，他們采取的辦法是將廢料埋到深度在100米以下的巖石坑。而未來芬蘭所有核電站的廢料都計劃放置在400米深的巖石倉庫里。
        具體而言，處理核廢料，國際流行的辦法，除了污染較大的“適當包裝、儲存，一起直接處置”，還有一種“分離-嬗變戰(zhàn)略”。其原理是先將乏燃料進行化學分離，再用嬗變裝置將少數(shù)危險大、壽命長的毒素轉換為穩(wěn)定的核素或是壽命相對較短的核素。
    超高溫反應堆：提升50％效率
         最近，美國愛達荷國家實驗室（INL）研發(fā)了兩個新的設計：超高溫反應堆（VHTR）和鈉冷卻反應堆（SFR）。兩者的安全特性結合起來就可以防止反應堆熱量過高和放射性物質(zhì)的泄漏?？茖W家希望這些新發(fā)明能夠最終抹去人們對“三里島”核泄露及“切爾諾貝利”事件的痛苦回憶，同時推動核工業(yè)的發(fā)展。
        切爾諾貝利核電站事件的主要原因是因為其采用了過時的技術，而且它的這種堆型本身在設計上就是存有缺陷的。按照核反應堆安全保護的相關要求，在鈾裂變產(chǎn)生熱量時，反應堆的工作應該是負溫度效應：當溫度逐步升高時，核反應堆的反應性就會呈反方向地逐步下降；而反應性下降，其產(chǎn)生的能量也就會隨之減少，這樣就能將溫度逐步降下來。如此反復循環(huán)，使反應堆中堆心（堆放核燃料并燃燒工作的地方）的溫度始終能夠保持一個合理的范圍內(nèi)。
        而切爾諾貝利核電站當時采用的是正溫度效應，反應堆工作越久，溫度就一直上升，到后來就把堆心給溶化掉了，加之又沒有建造安全殼，缺乏第四道保護屏障。所以產(chǎn)生了核爆炸泄露事件。而1979年美國三里島核電站在發(fā)生事故時，由于有了防護墻，雖然造成了堆心溶化事件，但放射性物質(zhì)并沒有對外泄露。
         這次美國科學家研發(fā)的超高溫反應堆，有一個由石墨制造的反應堆核心，可以在非常高的溫度下仍然保持硬度和形狀不變。氦氣將反應堆冷卻，并且把熱量輸送到外核。反應堆利用二氧化鈾粒子來保證在高溫下不發(fā)生擠壓和放射出裂變物質(zhì)，而且這些粒子也都是覆蓋著一層石墨的。因此，超高溫反應堆能夠把氦加熱到1000攝氏度（1800華氏度）以上——這是目前存在的反應堆能達到溫度的三倍。進而氦的熱量能夠產(chǎn)生蒸汽來推動發(fā)電機。
        與切爾諾貝利反應堆不同的是，超高溫反應堆是負溫度效應，這意味著反應堆永遠不會達到足以讓自己崩潰的高溫?！盁o論人們做錯了什么”INL的科學家McCarthy說，“假如有任何異常的事情發(fā)生，設備就會自動停止運轉。”
        超高溫反應堆發(fā)電的效率大概比全美效率最高的反應堆高40%多。它產(chǎn)生的熱量還可以供附近的工廠使用。該設備能夠利用高溫蒸汽電解分離水分子，進而生產(chǎn)氫燃料。因此，它在生產(chǎn)氫能源方面的效率比現(xiàn)存設備要高50%。
         2005年美國能源部門已經(jīng)授權INL建造超高溫反應堆，它將于2018年到2021年間建成。但是科學家首要問題是技術上的障礙。例如，堅硬的新合金可能是保護反應堆里層的必需物品?！暗壳胺磻训牟牧蠒r常不能匹配所應承受的溫度和壓力，”Richter說，“即使找到了匹配的材料，為了那些正在建設中的超高溫反應堆設備，可能還要花費數(shù)百萬的美元?！?BR>    鈉冷卻反應堆：可以燃燒廢料
        鈉冷卻反應堆依附于一個全新的裂變概念：即用核燃料集中撞擊鈾原子和中子。這將產(chǎn)生比當前熱反應堆多近百倍的能量，并且只需要使用燃料潛在能量的1%就可以了。鈉冷卻反應堆還可以燃燒其他反應堆的核能棒，消耗鈾濃縮過程中剩下的鈾，減輕核廢料產(chǎn)生的問題。
        美國原子能工業(yè)專家組的科學家估計，鈉冷卻反應堆產(chǎn)生的能量足以滿足美國人本世紀的需要。二次燃燒核能棒還能減短放射物質(zhì)衰減的時間；反應完成后的廢料會在一百多年后就消失，而并非幾百年。
        不幸的是，鈉冷卻反應堆中用于傳送內(nèi)核熱量的鈉叫人憂喜參半。不像水，液態(tài)鈉只是一種理想化的冷卻劑，它并不能阻止快中子的運動。雖然在正常的大氣壓力下運行，它也能提高安全性。但是液態(tài)鈉不能傳熱，這使得它很難對反應堆運行時的熱量傳輸進行監(jiān)控。
        為了彌補這個缺陷，INL的研究人員正在研制一個電腦模擬器，用來模擬液態(tài)鈉在快速反應堆中的運行情況。因為反應堆有燃燒廢料的能力，一個改良的鈉冷卻反應堆最終能夠減輕廢料帶來的問題。然而即使是在最佳狀況下，二次使用的燃料仍舊會產(chǎn)生足以影響幾個世紀的放射性危害。核工業(yè)還將不得不繼續(xù)面對人們對反應堆的極度恐懼。
    中國技術
         我國“863”計劃研發(fā)了兩種先進的反應堆。一種是由清華大學核能技術設計研究院承擔的10兆瓦高溫氣冷實驗堆。高溫氣冷堆具有安全性好（不會對廠外公眾造成危害）、發(fā)電效率高（蒸汽發(fā)電效率38-40％，氦氣透平發(fā)電45-47％）、用途廣（可進行煤的氣化和液化、制氫等）的優(yōu)點。該反應堆已于2003年1月29日達到滿功率并網(wǎng)發(fā)電。另一種是由中國原子能科學研究院承擔的中國實驗快堆?？熘凶臃磻训闹饕獌?yōu)點是可大大提高鈾資源的利用率，從目前輕水堆的1％左右提高到60-70％。