出品：科普中國
制作：寒木釣萌
監制：中國科學院計算機網絡信息中心
比爾·蓋茨曾經在幾個場合下表示，他有三個理想：
第一個是每個人有一臺電腦，都用上windows系統。這個他基本上實現了。
第二個是消滅艾滋病、結核病和瘧疾，每個人有平等的醫療機會。而這個理想，他和他的團隊正在做，捐錢無數。
那第三個理想是什么呢？
比爾蓋茨，世界首富，身價876億（2015年），他資助了全球最大的慈善基金會，而該基金會截止2012年9月30日時擁有資金約362億美元。
是的，這就是比爾蓋茨的第三個理想。
怎么實現？——技術！
什么技術？——核技術！
我們的孩子不會因為家里用不起電而跑到街上借助路燈看書，但是，在世界上的某些國家和地區，這樣的情景并不難見到，如上圖。
很多人反對核電，這是不爭的事實。然而，另一個不爭的事實是，越來越多的人正在因為一天的霧霾而影響了一天的心情。
很多人津津樂道于德國放棄核電，卻不知德國每天都在用著來自法國的核電。
更有不少人說，我國鈾資源少，發展核電不是根本之道。
真是這樣嗎？只占天然鈾中0.72%的鈾235提供了那么大的電力，它們比金子還要寶貴，現在，就讓我們一起來看看，如何點石成金——利用其余那99%的鈾。
中子離我們其實很近很近，人體中很大一部分質量都是由中子提供的。在核電站中，中子又是必不可少的一環，它們就像一顆顆小子彈，不斷地去擊中鈾235。
子彈的速度有快有慢，同樣，中子的速度也如此，在反應堆中，鈾235釋放的中子叫做快中子，它們的速度大約是1.4萬千米/秒，接近于光速的5％。
雖然快中子是鈾235裂變放出來的，但鈾235其實并不怎么喜歡自己鼓搗出來的東西，原因是快中子的速度太快了，中子在堆內停留時間太短。
這麻煩了，你要是不喜歡你自產的快中子，怎么讓你們維持鏈式反應呢親？
鈾235不管這些，它還是喜歡慢中子，也叫熱中子，即速度為2.2千米/秒的中子。
還能怎樣？為了清潔的核電，只能去滿足它了，所以得把中子的速度降下來，怎么降？重水！這又是個什么東西？
我們都知道氫有三種同位素，分別是氕氘氚，水分子H2O中的那個“氫”如果是氕，那么這樣的水就是你天天喝的白開水，學術上咱們叫它“輕水”。如果水分子H2O中的那兩個“氫”，一個是氕一個是氘，那么這樣的水就叫“半重水”。如果兩個都是氘，那這樣的水就叫“重水”。同理，如果兩個都是氚，那就叫“超重水”。
把重水凍成冰，它會沉入水中，而右邊的普通冰是浮在水上的
重水對快中子有非常好的慢化效果，所以，如果使用重水當核電站的慢化劑和冷卻劑，那是最好不過了，而這樣的反應堆，就叫做“重水堆”。
但是重水很難提煉因此很貴，加上其他原因，所以只能退而求其次，使用咱們平時喝的白開水（當然這是要多次提純的），使用普通水的反應堆叫做“輕水堆”。而咱們前面說的壓水堆，它其實只是輕水堆的一種而已。
鈾235不怎么喜歡快中子，但是對于鈾238來說卻是一個寶，它吸收一個快中子后會變成什么呢？
當然是鈾239了！
鈾239是不穩定的，經過幾天時間，因自身衰變后，會變成钚239，而钚239跟鈾235一樣，很容易發生裂變，且放出的能量比鈾235還要大那么一點兒。
鈾238“吃”進一個快中子后，變成鈾239，再經過幾次衰變最終變成钚239
瞧，原來這里的關鍵是快中子！可是鈾235不喜歡快中子呀！怎么辦？
其實，快中子之所以不能讓鈾235維持鏈式反應，這不是因為鈾235絕對不吸收快中子，而是吸收的概率比較小而已。概率比較小，那就增加概率嘛！
對頭，在核燃料中增加鈾235的濃度，如此，快中子與它反應的概率，也就是反應截面就增加了。現在，鏈式反應可以維持了。快中子也有了。
每一個鈾235（或者钚239）裂變會產生2到3個快中子，這些中子呢，有的去維持下一步的裂變反應，剩下的中子被鈾238吸收，于是，反應堆中，每消耗一個鈾235（或者钚239），就會產生一個以上的钚239，瞧，核燃料不是越燒越少，而是越燒越多，它居然還能增殖！
于是，這樣的反應堆就叫做“增殖反應堆”，又因為堆內主要是快中子，所以又叫“快中子增殖反應堆，”簡稱快堆。而前面咱們介紹的壓水堆，它可以歸類到“熱堆”里面，因為它使用的是熱中子。
現在的核電站對鈾資源的利用率不足1%，而如果快堆技術成熟后，那么對鈾資源的利用率將達到70%左右，又因為利用率提高了，那么，之前根本不具備開采價值的貧鈾礦，甚至是海洋中的鈾資源也變得值得開采了，如此，世界上可開采的鈾資源將提高千倍。而我國鈾資源少的問題也將迎刃而解。
我國的“華龍一號”屬于先進的第三代反應堆，而“快堆”技術則屬于各國爭相發展的第四代反應堆。距離天安門直線距離不到40千米的房山有一座實驗性質的快堆——中國實驗快堆，2011年7月21日成功實現并網發電，發電功率20兆瓦。
瞧，這也從另一個角度反駁了一些人的觀點：核電那么安全，怎么不建在北京去？
只要各方面條件合適，比如占地少等等，這不就建了嗎？
中國實驗快堆采用金屬鈉作為冷卻劑，它屬于鈉冷快堆；同理，使用氦氣作為冷卻劑的叫做氣冷快堆。
比爾蓋茨為了實現其理想，籌資建立了一個能源公司，發展一種叫做“行波堆”的反應堆技術。雖然很多細節上跟目前世界上主流的快中子增殖反應堆有所不同，但其出發點還是實現對核燃料鈾238的充分利用。
上圖為行波堆示意圖，黃色的為正在反應的核燃料，綠色的為待增殖的核燃料，運行時，一邊消耗核燃料一邊又生產核燃料，核燃料利用率很高，燃燒和增殖就像一個波一樣，從反應堆的一端慢慢移動到另外一端，所以叫做行波堆。裂變區的移動速度很慢，數十年不用換燃料。
無疑，不管是比爾蓋茨看好的這種難度很大的“行波堆”技術，還是目前世界主流的快堆技術，任何一個在未來獲得成功都是全人類的福音。
雖然快堆技術令人向往，但還是有人不這么看，他們的觀點是：我家住在四季如春的地方，夏天不用開空調，連風扇也不用，冬天不用電取暖，我們并不需要那么多電。
好吧，我們暫時認為這樣的人間美地是存在的，但是，你總得消費，而你消費的每一樣東西都會有電力的成本在里面，你買到的任何商品都直接或間接地包含了電價，電力供應不足，電就會漲價，商品的成本也會跟著漲。反之，若電力能極其廉價地生產出來，那么絕大部分商品的價格也會跟著降。
雖然我們對運營商有這樣那樣的埋怨，但一個事實卻無法否認：十幾年前，誰要是聽說誰家安裝了兩兆的寬帶，都會一臉羨慕的表情，而現在，普通家庭的寬帶可以到20兆，50兆帶寬也在逐年增多，但是價錢，卻還沒有以前的兩兆寬帶貴，這是技術帶來的。
能源消費只有兩種趨勢，要么越來越貴，要么越來越便宜。而現在的趨勢是越來越貴，放心，它一點兒也影響不了那些有錢人，但我們普通大眾就不同了。
算啦不說了，這濕冷的冬天，因為舍不得開取暖器，身上有點小冷，我得出去抖一抖，請關注“科普中國”，咱們下期見。
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