出品：科普中國

製作：寒木釣萌

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

超過世界首富比爾蓋茨，這是沒一點懸念的，因為中子非常有用。

提起中子，不少人第一個想到的可能會是中子彈，其爆炸時，中子可輕易穿透裝甲車輛和建築物，並去殺傷裡面的人員，但裝甲車輛和建築物卻完好無損。

然而今天，咱們完全不提中子在軍事上的應用，只著重說它另外的兩大作用。

變廢為寶

弗雷德裡克·索迪，英國化學家，1921年獲諾貝爾化學獎。

1901年，作為盧瑟福的助手，索迪和盧瑟福共同發現了釷可以自發地轉變為鐳。多年後，索迪回憶說，他當時激動得大喊“盧瑟福，這是嬗變！”

而盧瑟福則回答“索迪，看在上帝的份上，別叫它嬗變。他們會把我們當作鍊金術士砍頭的！”

嬗變，乃西方鍊金術時代，那些鍊金術士們所孜孜追求的，他們期盼使用傳說中的“賢者之石”，從而將低賤的金屬點化成金。

古人當然不知道，嬗變其實分分秒秒都在上演，這就是天然核嬗變，例如，高能宇宙射線一直在不停地轟擊地球大氣層，並將其中的氮原子變成了碳14，這才使得碳14測年法成為現實。

古人更不知道，除了天然存在的核嬗變，還有人工核嬗變。

發現10種超鈾元素並在1951年獲得諾貝爾化學獎的西博格就曾經成功地將一小部分鉍變成了黃金。然而他的方法過於昂貴，真幹起來純屬賠本賺吆喝。

正如題目所說，假如某個人，只有他能源源不斷地產生無限量中子，那這就意味著，中子的成本幾乎就是零了。如此，使用中子轟擊某些低賤的金屬，讓其變成黃金也就成為了可能。

但實際上，這世上還有比黃金更貴重的物質，例如鈈、鈾235等。

截圖來自美國能源部。

從上圖我們看到，假如您的證件都辦齊了，那麼您能用1.099萬美元買到1克鈈239。4090美元買到0.001克鈈244，注意，不是1克，是0.001克。

最後，美國能源部還在價格表的下面特意提醒：由於鈈244庫存有限，所以，即使你辦齊了所有證件，也不一定有供應。

要我說，這簡直就是他們的促銷手段，就跟你買的商品“還剩下2件”是一樣的。

現在的金價是每克46.7美元，所以，你也看到了，假如某個人真能源源不斷地產生無限量中子，而他的第一個想法如果就是去造黃金的話，那你說，這人跟那些脖子上，還有左右手挽上各掛一條大金鍊子有什麼分別？

鈈之所以貴，這是因為在很多特殊的重要場合，你不得不用它，就比如據說已經飛出太陽系的旅行者1號，還有2017年自動墜入土星的卡西尼號等，它們上面的同位素核電池就是鈈238。再貴也得用，不用就沒電，沒電它就是一大坨太空垃圾。

旅行者1號上的核電池。

特殊用途的鈈很貴，但需求量小，故我們得放眼大世界，給全球所有核電站提供核燃料。

從鈾礦石中提取出來的鈾叫做天然鈾，它是鈾238、鈾235和鈾234的混合物，其中鈾238佔99. 27%，鈾235佔0.714%，剩餘的是微量的鈾234。

可是，現在的核電站使用的是天然鈾中的鈾235，而佔絕大部分的鈾238用不到，或者說，只有極小的一部分被後期利用到。

這太不幸了，假設鈾238也能在反應堆中直接參與裂變，那人類的核燃料將在現有基礎上提升100倍以上，這實在是誘人。

假使某個人有神力，他能源源不斷地提供無限量中子，則，絕大部分鈾238就可以利用起來了。

因為鈾238吸收一箇中子後，它會嬗變成鈈239，而鈈239就跟鈾235一樣，很容易裂變，併產生連鎖反應。

如此，咱們不能說全部，但很大一部分鈾238將得以被利用。

最後，鈾238並不是我們唯一可選的嬗變元素，還有一種元素，它在地球上的儲量是鈾的3倍到4倍，這就是釷。

非營利組織“釷能源協會”中的人是這樣評價釷的：釷基本上是垃圾，但它可能會拯救世界。

釷232俘獲1粒中子後，再經過兩次貝塔衰變，就搖身變成了鈾233，而鈾233跟鈾235一樣，可在反應堆中盡情“燃燒”。

綜上所述，若能源源不斷提供無限量中子，則人類的核燃料將瞬間擴大到好幾百倍，從現在到未來500年都不用擔心核燃料不足的問題。

“焚燒”乏燃料

不是每個人都對核電感興趣，有的人不喜歡核電，這是因為他們瞭解到，即使核電站運行時很安全，但核電站“燒”過以後的核廢料，也就是乏燃料，處理起來特別頭疼，乏燃料中的超鈾核素和一些長壽命的裂變產物，需要經過幾萬年，甚至幾十萬年時間的衰變後，其放射性水平才能降到天然鈾礦的水平。

乏燃料的處理，一些國家採取的是五六百米深的深層地質掩埋，全球為了處理乏燃料，已經花費的錢不下數百億美元。然而，乏燃料，我們得這麼去看，若沒有很經濟的技術去處理，它是毒物，如果有技術很好地處理之，它可能又是寶。

這也是為什麼，現在的深層地質掩埋場，它必須滿足很多條件，比如掩埋場得固若金湯，能持續存放1萬年等等。但其中還有一個條件是，人類想要取回乏燃料時，必須可以方便地從深層地質中取回。因為誰也不敢斷定，我們的後代就沒有能力去處理乏燃料。還有就是，萬一哪天，我們發現，乏燃料中的某種物質特別特別重要，人類需要它來救急時，可方便取回。

回到開頭所說，假設能提供極其經濟的不限量中子，那麼，乏燃料其實是可以“焚燒”的。將乏燃料放在反應爐中，持續不斷射進中子，乏燃料中的一些不能裂變的元素由於吸收了中子，它就變成了裂變產物，參與裂變並放出能量。還有一些長壽命的放射性元素，經過中子照射後，就變成了短壽命的元素。

研究表明，如果利用大量中子對乏燃料進行“焚燒”，那麼最終可將需要掩埋的乏燃料體積減少到之前的五十分之一，並可在300至700年內恢復到天然鈾礦的輻射水平。若技術進一步成熟，則在“焚燒”乏燃料的同時，還能提供動力發電。

如此美好，但是……

看完上文，有網友會不屑，他們會說：

你這不是跟那些“我有個絕妙的idea，就差一個程序員了”是一樣的嗎？

中子很有用，但中子哪裡找？

如果理論上可行，為什麼不見哪個國家在研究？

別急，利用外部中子增殖核燃料、驅動反應堆，“焚燒”乏燃料等，其實已經研究二十幾年了，這就是“加速器驅動次臨界系統”，簡稱ADS。

ADS並沒有隨著時間的推移而逐漸被各國淡漠並放棄。相反，現在研究這項技術的國家反而多了起來。中國在這方面沒有落後，甚至可以說，在某些技術上，還是領先的。

請關注“科普中國”，下期咱們詳細講講中科院聯合其他單位從2011年一直研究至今的ADS嬗變系統，說說，他們是怎麼批量“造”中子，又打算將這些中子做何用。

“科普中國”是中國科協攜同社會各方利用信息化手段開展科學傳播的科學權威品牌。

本文由科普中國融合創作出品，轉載請註明出處。