测量中子以减少核废料：新技术为改进核废料处理设施铺平了道路

核能被认为是减少对化石燃料依赖的方法之一，但如何处理核废料是围绕核能的问题之一。放射性废料可以转化为更稳定的元素，但这一过程在规模上还不可行

东京大学物理学家领导的一项新研究揭示了一种更准确地测量、预测和建模核废料更稳定过程关键部分的方法。这可能会导致核废料处理设施的改进，也会导致关于宇宙中一些较重元素是如何形成的新理论。

“核”这个词对一些人来说可能是一个触发因素，这在日本是可以理解的，在日本，原子弹和福岛灾难是其现代史上的一些关键时刻。然而，鉴于日本相对缺乏太阳能或风能等可再生能源的合适空间，核能被认为是能源部门脱碳努力的关键部分

正因为如此，研究人员正在努力提高核能的安全性、效率和其他相关问题。东京大学核研究中心的Nobuaki Imai副教授和他的同事认为，他们可以为改善核能的一个关键方面，即废物处理做出贡献

“从广义上讲，核能是通过使用自我维持的核衰变反应来沸腾水来工作的。不稳定的元素分解和衰变，释放出热量，使水沸腾，驱动涡轮机。但这一过程最终留下了无法使用的废物，这些废物仍然具有放射性，”Imai说

“这种废物可以保持数十万年的放射性，因此通常被深埋在地下。但人们越来越渴望探索另一种方法，一种可以使不稳定的放射性废物更稳定的方法，避免其放射性衰变，使其处理起来更安全。这被称为嬗变。”

突变与核衰变相反；中子可以被添加到不稳定的元素中，使其变成稍微重一点的元素，而不是分解并释放辐射。根据最初的物质，这种新形式可以足够稳定，被认为是安全的

问题是，尽管这一过程已经广为人知一段时间了，但不可能足够准确地量化，将这一想法带入下一阶段，并理想地生产新一代废物管理设施的原型

Imai说：“这个想法实际上来自一个令人惊讶的来源：碰撞恒星，特别是中子星。”。“根据最近对中子星合并产生的引力波的观测，研究人员已经能够更好地了解中子相互作用的方式及其改变其他元素的能力。”

“基于此，我们使用了一系列仪器来缩小我们对元素硒（一种常见的核废料）在受到中子轰击时的行为的关注。我们的技术使我们能够预测材料如何吸收中子并发生嬗变。这些知识有助于核废料嬗变设施的设计。”

研究人员很难进行这类观察；事实上，他们无法直接观察嬗变的行为。相反，研究小组可以观察有多少样本没有转化，通过读取读数来了解转化确实发生了，他们可以估计有多少样本发生了转化，尽管非常准确

Imai说：“我们相信，我们的测量准确地反映了不稳定硒转化为更稳定形式的真实速率。”。“我们现在正计划对其他核废料进行测量。希望这一知识能与实现核废料处理设施所需的其他领域相结合，我们可能会在未来几十年看到这些知识。”

“虽然我们的目标是提高核安全，但我觉得有趣的是，这项研究与天体物理学之间存在双向关系。我们受到碰撞中子星的启发，我们的研究可以影响天体物理学家如何寻找核合成的迹象，即恒星中元素的产生，以更好地了解比铁重的元素是如何产生的，包括那些对生命的伤感。“

这项工作发表在《物理快报B》杂志上