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人造钻石将核废料转化为核电池

2016-11-30   标签:环保 核能    来源:newatlas.com
当人造钻石受到辐射时,它会产生小股电流。
Diamonds turn nuclear waste into nuclear batteries

人造钻石将核废料转化为核电池

处理核废料的一个难题是往往不容易区分哪些是废料而哪些不是。对此,布里斯托大学的物理学家和化学家们找到了一种方法,能将成百上千吨看似无价值的核废料转化成人造钻石电池,产生的小股电流可以比人类整个历史还持久。

怎样搞定核废料乃是21世纪最大的技术挑战之一。麻烦在于,它不只是个长期存储的问题。如果只是要永久摆脱放射性物质,我们有一万种方法,但用过的核燃料和其他废料包含有价值的放射性同位素可用于工业和医疗,或是再处理以产生更多燃料。因此,废料处理不只是要使废料变得安全,也要使其在需要时能拿出来再利用。

布里斯托团队对来自英国镁诺克斯反应堆的某个核废料的主要来源进行了研究。这些反应堆在运行了半个世纪多后即将关闭。作为第一代反应堆,它们使用石墨减速剂以减缓中子确保核裂变反应进行,但数十年下来英国由此积累了95000吨石墨块。反应堆辐射将石墨块内部的惰性碳转变为了碳-14,因而它们属于核废料。

碳-14是低当量的β粒子辐射源,甚至无法穿过几厘米的空气,不过流入外界环境中仍过于危险。布里斯托团队的解决方案不是掩埋它,而是从石墨块中移除大部分碳-14,并将之转变为发电钻石。

钻石核电池基于如下原理:当人造钻石受到辐射时,它会产生小股电流。据研究人员称,这使得我们能制造一种无需运动组件、无排放且无需维护的电池。

布里斯托研究人员发现,碳-14在镁诺克斯石墨块中的分布不是均匀的,而是集中于最接近铀燃料棒的一侧。在制造电池时,将石墨快加热以使碳-14从高辐射的一端排出,剩下的石墨块的辐射就大大减少。接着将碳-14气体收集起来,用低压高温将之转变为人造钻石。

一旦形成钻石,碳-14辐射出的β粒子会与钻石晶格相互作用,使之失去电子而产生电流。这些钻石具有了放射性,因此外面又套上一层无放射性的钻石作为屏蔽。坐在钻石电池边上的人受到的辐射大概相当于坐在一根香蕉边上。此外,钻石的硬度确保了放射性材料的安全。

该团队的研究结果发表于卡伯特研究所“创意改变世界”讲座。详见布里斯托大学网站。


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