14歲就造出核反應堆的他,19歲時還有個更駭人的計劃!

2021-01-16 造就


泰勒·威爾森

美國著名神童科學家




14歲的時候建造了核反應堆,

成為世界上完成核聚變壯舉最年輕的人。

19歲他轉向研究核裂變,

有個更駭人的計劃。

這個計劃可以讓核電廠

更有效率,更安全。

讓核裂變可以更加完美,

以作為未來的創新能源。



我今天要發表一個重大聲明,我感到很興奮。


我曾努力解決一些重大問題:反恐怖主義、核子恐怖主義、醫療保健、診斷治療癌症。(編者按:你只有14歲好嗎……)但我開始思考這些問題時,我意識到我們面臨的最大問題,也就是所以問題的根源就是能源,也就是電流,電子的流動。


我決定要開始嘗試解決這個問題,那就是——核裂變。把老東西變得更完美,把老東西帶入21世紀。


先簡單說明核裂變的原理。


核電廠裡有個很大的高壓水箱以及一些燃料棒,這些燃料棒,用鋯封裝了,小小的二氧化鈾燃料丸,核裂變反應會控制在適當水準,將水加熱,水變成蒸汽,蒸汽推動渦輪,電就產生了。


我們一直採用相同方式發電,蒸汽渦輪已用了100年,以加熱水的方法而言,核能真是巨大的進步。但還是要燒熱水,變成蒸汽推動渦輪。


我想,這是最好的方式嗎?核裂變是不是落伍了?還是可以繼續創新呢?



我意識到一個想法——有巨大的潛力可以改變世界的想法,這個想法是這樣的。


吃掉核武器


這是個小型模組化反應爐,不像那張圖裡的反應爐那麼大,介於5000萬到1億瓦,但仍是很大的功率,在一般情況下,可供2萬5千至10萬個家庭使用。


這些反應爐真正有趣的地方在於,他們是在生產線上建造出來的,然後運到世界各地接著就可以發電了。


這個區域就是反應爐,是埋在地底下的,這很重要,對於從事反恐工作的人來說,我的言語難以形容,埋在地下有多美好!因為沒有核子擴散和安全問題,反應爐裡面是溶解的鹽。


如果你是釷元素的粉絲,一定會很興奮,因為這種反應爐最擅長釷燃料循環的滋生和燃燒,最後產生鈾-233。


我真正開心的不是燃料,因為總會用完的,反應爐很喜歡稀釋的核武原料,像高濃縮鈾和及核武級的鈽,我們可以加以稀釋,降到不可能用來作為核武器。


模組化反應爐很愛吃這個,而美國有一大堆,這是個大問題,冷戰時期我們儲備了大量的核武器,太棒了,我們再也不需要核武器了。


這些留下來的垃圾該怎麼辦?核武器裡的核物質要怎麼處理?我們要確保其安全,如果能燒掉、吃掉,那就太棒了!這個反應爐就愛這樣。


30年不用補充燃料


熔鹽反應爐有個核心,還有熱交換器,把熱量由熱鹽(放射性鹽)傳到冷鹽(無放射性鹽),冷鹽還是很熱,但沒有放射性,熱交換器是這種反應爐設計最有趣的地方,這種熱交換器用的是氣體。


我剛說了,產生所有的能量前,除了光電池外,都要燒水,產生蒸汽,推動渦輪,如此效率並不高。


事實上傳統的核電廠效率只有30%到35%,效率這麼低的原因是這些反應爐在低溫下運轉,運轉溫度介於約200到300攝氏度。


而新型反應爐高達600到700攝氏度,溫度越高,依據熱力學原理,效率就越高,而且這個反應爐不用水,改用氣體,用超臨界二氧化碳或是氦氣,氣體直接進入渦輪,稱為布雷頓循環,是個產生電的熱力學循環,效率接近50%,在45%到50%之間。


我真的感到很興奮,因為這個核心相當小,另外也很棒的是會得到更多的電。比等量的鈾分裂還多,更不用提燃耗了,新反應爐的燃耗比率高多了,放進等量的燃料,利用到的多了很多。


傳統的核電廠有個問題,燃料棒用鋯包著,裡面是二氧化鈾燃料丸,二氧化鈾已燒結為陶瓷,陶瓷不太會釋出內部的東西,氙氣會累積,有些核裂變產物很喜歡中子,很喜歡周圍這些中子,並幫助反應進行,會將其侵蝕掉,再加上包裹層不太耐用,所以傳統反應爐補充燃料一次大約只可燒18個月。


新式核反應爐可用30年不用補充燃料,我覺得非常非常驚人,因為這意味著一個全封閉的系統,不用補充燃料表示可以封起來,就不會有核子擴散的風險了,不會有核子物質或放射性物質從內核洩漏出來。


沒有連鎖反應,沒有福島事件


再回到安全問題,福島事故後,大家都重新評估核能安全,我開始設計新型反應爐的理念之一就是必須為被動安全和本質安全,我對新型反應爐感到興奮。


有兩個重要原因:第一,不必在高壓環境中運轉,傳統反應爐,如壓水式反應爐或沸水式反應爐都有高熱高壓的水,這表示,一旦發生事故,當不鏽鋼壓力容器出現裂縫,冷卻劑就會從內核中洩漏出來。


新型反應爐在一般大氣壓力下運轉,反應爐在高溫運轉,燃料本就是熔化的,所以不會熔毀。即使這個反應爐真的撐不住了,或像福島那樣失去外部電源,我們還有排汙槽,因為燃料是液體,混合了冷卻劑,事實上可把整個內核排入亞臨界裝置。


基本上就好似反應爐下的水槽,裡面有中子吸收劑,這很重要,因為連鎖反應停止了。


傳統反應爐無法做到這點,例如福島和三裡島,回顧三裡島,我們好久沒關心了,燃料棒外面的鋯包裹遇到高壓的水或蒸汽,並處在氧化環境中,實際上會產生氫氣,氫氣有可能爆炸釋放核裂變產物。


新式反應爐內核不處在壓力狀態而且沒有這種化學反應性,就表示不太可能讓核裂變產物洩露出反應爐,所以一旦發生事故,是的,這個反應爐會燒壞,就是說電力公司,抱歉了,但它不會汙染大片土地。所以我真的覺得這可給我們20年過渡時間,讓核聚變成為現實,這種能源提供了無碳的電力。


無碳電力,這是非常令人驚訝的技術,不但可對抗氣候變化,更是個創新,可將能源帶給發展中國家,因為是在工廠生產的,所以很便宜,可裝置在任何地方。




接下來我要談一些別的,小時候我對太空非常痴迷,嗯,我對核子科學也非常著迷。但在那以前,我對太空很著迷,希望能當太空人和設計火箭,這總是讓我很興奮,我覺得可以重拾童年夢想。


為火星社區供電


只要火箭裡裝個小型反應爐,可發電5000萬到1億瓦,這是火箭設計師的夢想,也是外星基地設計師的夢想,不只有5000萬到1億瓦電力,提供給以任何動力推進的飛行器,甚至到目的地之後,也有電可用。


相較原先火箭設計師利用太陽能板和燃料電池,只有幾瓦到幾千瓦。哇,那可是好多電力,我們談的是1億瓦,這是超多的電力,夠為整個火星社區供電了,足以為火箭供電。


所以我希望有機會在探索核能的同時,也有機會探索我熱愛的火箭,有人會說:「你發射的這個東西,它有輻射,發生事故怎麼辦?」


其實太空船一直都在用鈽電池,大家都對探測火星的好奇號很興奮,它上面就裝了一個這麼大的鈽電池,用的是鈽-238。它的反應活性,比熔鹽反應爐的低濃度鈾燃料更高,表示它的影響可以忽略,因為發射時反應爐還沒啟動,進入太空後才會啟動。


我真的很興奮,我想我已設計出這個反應爐,這是創新的能源,可為各種了不起的科學應用供電。


我已經準備好這麼做了,五月我就要高中畢業了,我高中畢業後,要成立一家公司,來商業化我發明的各種技術,如革命性的貨櫃掃描偵測器和生產醫療同位素的系統。


我還在慢慢建立團隊,和一些我所見過最了不起的人共同合作,我已準備好讓夢想成真。我想,你看這些技術跟天然氣價格差不多,甚至更低,30年都不需添加燃料,這對開發中國家是很有利的。


我再說一件可能比較哲學的事來結束演講,這對科學家來說有點怪。不過我覺得,用核能帶我們到外星是很有詩意的。


因為星星是巨大的核聚變反應爐,是天空中巨大的核子大鍋。


今天我之所以有能量和各位說話,來自我食物中的化學能,追根究底也是來自核能,我認為很有詩意的是,讓核裂變可以更加完美,以作為未來的創新能源。


謝謝大家!


Source :

《TED》


本文由造就|翻譯 整理,其他媒體如有轉載需求請留言徵詢,謝謝!


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