以雷射進行核嬗變!諾貝爾獎得主正研究有效處理核廢料的方法

2018 年諾貝爾物理獎共同得主熱拉爾·穆胡教授(圖;Philippe Lopez/AFP/Getty Images)

法國物理學家、2018 年諾貝爾物理獎共同得主熱拉爾·穆胡教授(Gerard Mourou)宣稱,核廢料的半衰期可能從數千年降到剩下幾分鐘。儘管,他與加州大學爾灣分校(UC Irvine)田島俊樹教授(Toshiki Tajima)共同研究,用以處理核廢料的雷射可能還需要好幾年的時間才能完成研發,其發言已經掀起相關領域的矚目。

核廢料問題

全球各國目前都沒有全面性解決有毒核廢料的方法。環保團體「綠色和平」(Greenpeae)估計,全球約有 25 萬噸的有毒核廢料分佈於 14 個國家。其中,法國平均每人製造的核廢料超過其他國家。由於法國 72% 的電力都來自核能,為全球最多,每年平均每人可產生 2 公斤的核廢料。雖然其中只有一部分的核廢料是高度有毒的,但在使用核能 60 年後,法國仍然沒有明確的方法來處理核廢料。

法國預計在今年 4 月 17 日召開第三次全國性的核廢料辯論,將討論如何處理由全國 58 個核反應爐製造出來約 1 萬立方公尺的放射性廢料。其中,最毒的廢料目前短暫存放於法國諾曼第(Normandy)的拉哈格(La Hague)核廢料儲藏站。然而,即使拉哈格核廢料儲藏站已是全球最大的核廢料處理設施,其仍然不斷在擴張中。因此,必須盡快找出一個長期的解決辦法。

目前,法國電力公司(Electricite de France)、國有核能公司阿海琺(Orano)及法國原子能和替代能源委員會(Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives,CEA)已經花費數十億美元處理有毒核廢料。接下來至少還要花 250 億歐元(約 8,650 億台幣或 2,200 億港幣)在法國東北部的比爾(Bure)附近建造一個地下隧道,作為 2025 年後產生的有毒核廢料的最終安置處。

不過,正如同世界上所有建造中的地底核廢料儲藏區一樣,比爾的地底計畫也引發抗議。綠色和平組織指出一些風險,例如有毒物質滲入地下水,或者火災造成放射性氣體外洩等。

以雷射進行核嬗變

穆胡教授的研究可產生超強且超短的雷射脈衝,這種雷射脈衝有望解決核廢料問題。穆胡教授表示:「核能可能是未來能源的最佳候選人,但我們仍然留下許多危險核廢料的問題。我的想法是要讓核廢料轉變為新型態且沒有放射性的原子,而我們所要做的就是改變原子核的組成。」

穆胡教授與田島教授研究一種稱為「嬗變」(transmutation)的過程。此過程以雷射衝擊原子核來改變原子核的組成成分。穆胡教授表示:「核嬗變就像空手道,在非常短暫的時刻傳送出非常強大的力量。」兩位教授想製造出一台由高速雷射驅動的加速器,以產生可以穿透原子的質子束。這個想法是將質子束行進的距離縮小 1 萬倍,以避開目前加速器無法應用的部分。

核嬗變的研究已經進行近 30 年,但結果不是失敗就是仍處於研究階段。CEA 研究未來燃料處理的負責人艾曼紐·杜榮(Emmanuel Touron)表示:「核嬗變的研究現在仍處於實驗室階段,將該技術用於工業上仍然複雜又昂貴。」不過也有不少人支持這個研究。例如 2010 年數學界諾貝爾獎菲爾茲獎(Fields Medal)得主賽德里克·維拉尼(Cedric Villani)就認為,成本昂貴不是放棄研究的理由。

正反面意見

史丹佛大學(Stanford University)核能安全與地質科學羅德尼·愛溫教授(Rodney C. Ewing)表示:「我可以想像能夠讓核嬗變進行的物理學可以運作。但是高等級核廢料的嬗變需要一系列具挑戰性的步驟,例如分離各自的放射性同位素(radionuclides)、大規模的靶材製造以及處理它們的放射性。」

顯然阿海琺公司不打算等待穆胡教授完成研究,該公司想繼續進行比爾的地底儲存計畫。該公司表示:「等到穆胡教授的研究出現到可以應用在工業規模,還需要許多年。」

法國核電專家貝納德·拉彭許(Bernard Laponche)則反對任何將有毒物質深埋地底的計畫。他表示:「這非常短視近利。即使需要花費很多年,我們都應該等待。我們需要給科學一個機會。」

雖然穆胡教授已經開始與 CEA 及法國議會溝通討論,但他仍維持其看法,該研究目前只是非常初期的階段。他表示:「我不會輕忽在我們眼前的困難。我有這個夢想,但我們必須等待,並看看接下來幾年有何進展。」

 

參考資料:

  1. Fouquet, H. et al., (2019, Apr 2). Zapping Nuclear Waste in Minutes Is Nobel Winner’s Holy Grail Quest. Bloomberg
黃威翔
黃威翔 71 文章
清華大學材料工程學系碩士畢業生。一個喜歡學外語,但又在科學領域打滾的平凡人,喜歡美食,日劇,電影,旅遊。

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