出品：科普中国

制作：寒木钓萌

监制：中国科学院计算机网络信息中心

超过世界首富比尔盖茨，这是没一点悬念的，因为中子非常有用。

提起中子，不少人第一个想到的可能会是中子弹，其爆炸时，中子可轻易穿透装甲车辆和建筑物，并去杀伤里面的人员，但装甲车辆和建筑物却完好无损。

然而今天，咱们完全不提中子在军事上的应用，只着重说它另外的两大作用。

变废为宝

弗雷德里克·索迪，英国化学家，1921年获诺贝尔化学奖。

1901年，作为卢瑟福的助手，索迪和卢瑟福共同发现了钍可以自发地转变为镭。多年后，索迪回忆说，他当时激动得大喊“卢瑟福，这是嬗变！”

而卢瑟福则回答“索迪，看在上帝的份上，别叫它嬗变。他们会把我们当作炼金术士砍头的！”

嬗变，乃西方炼金术时代，那些炼金术士们所孜孜追求的，他们期盼使用传说中的“贤者之石”，从而将低贱的金属点化成金。

古人当然不知道，嬗变其实分分秒秒都在上演，这就是天然核嬗变，例如，高能宇宙射线一直在不停地轰击地球大气层，并将其中的氮原子变成了碳14，这才使得碳14测年法成为现实。

古人更不知道，除了天然存在的核嬗变，还有人工核嬗变。

发现10种超铀元素并在1951年获得诺贝尔化学奖的西博格就曾经成功地将一小部分铋变成了黄金。然而他的方法过于昂贵，真干起来纯属赔本赚吆喝。

正如题目所说，假如某个人，只有他能源源不断地产生无限量中子，那这就意味着，中子的成本几乎就是零了。如此，使用中子轰击某些低贱的金属，让其变成黄金也就成为了可能。

但实际上，这世上还有比黄金更贵重的物质，例如钚、铀235等。

截图来自美国能源部。

从上图我们看到，假如您的证件都办齐了，那么您能用1.099万美元买到1克钚239。4090美元买到0.001克钚244，注意，不是1克，是0.001克。

最后，美国能源部还在价格表的下面特意提醒：由于钚244库存有限，所以，即使你办齐了所有证件，也不一定有供应。

要我说，这简直就是他们的促销手段，就跟你买的商品“还剩下2件”是一样的。

现在的金价是每克46.7美元，所以，你也看到了，假如某个人真能源源不断地产生无限量中子，而他的第一个想法如果就是去造黄金的话，那你说，这人跟那些脖子上，还有左右手挽上各挂一条大金链子有什么分别？

钚之所以贵，这是因为在很多特殊的重要场合，你不得不用它，就比如据说已经飞出太阳系的旅行者1号，还有2017年自动坠入土星的卡西尼号等，它们上面的同位素核电池就是钚238。再贵也得用，不用就没电，没电它就是一大坨太空垃圾。

旅行者1号上的核电池。

特殊用途的钚很贵，但需求量小，故我们得放眼大世界，给全球所有核电站提供核燃料。

从铀矿石中提取出来的铀叫做天然铀，它是铀238、铀235和铀234的混合物，其中铀238占99. 27%，铀235占0.714%，剩余的是微量的铀234。

可是，现在的核电站使用的是天然铀中的铀235，而占绝大部分的铀238用不到，或者说，只有极小的一部分被后期利用到。

这太不幸了，假设铀238也能在反应堆中直接参与裂变，那人类的核燃料将在现有基础上提升100倍以上，这实在是诱人。

假使某个人有神力，他能源源不断地提供无限量中子，则，绝大部分铀238就可以利用起来了。

因为铀238吸收一个中子后，它会嬗变成钚239，而钚239就跟铀235一样，很容易裂变，并产生连锁反应。

如此，咱们不能说全部，但很大一部分铀238将得以被利用。

最后，铀238并不是我们唯一可选的嬗变元素，还有一种元素，它在地球上的储量是铀的3倍到4倍，这就是钍。

非营利组织“钍能源协会”中的人是这样评价钍的：钍基本上是垃圾，但它可能会拯救世界。

钍232俘获1粒中子后，再经过两次贝塔衰变，就摇身变成了铀233，而铀233跟铀235一样，可在反应堆中尽情“燃烧”。

综上所述，若能源源不断提供无限量中子，则人类的核燃料将瞬间扩大到好几百倍，从现在到未来500年都不用担心核燃料不足的问题。

“焚烧”乏燃料

不是每个人都对核电感兴趣，有的人不喜欢核电，这是因为他们了解到，即使核电站运行时很安全，但核电站“烧”过以后的核废料，也就是乏燃料，处理起来特别头疼，乏燃料中的超铀核素和一些长寿命的裂变产物，需要经过几万年，甚至几十万年时间的衰变后，其放射性水平才能降到天然铀矿的水平。

乏燃料的处理，一些国家采取的是五六百米深的深层地质掩埋，全球为了处理乏燃料，已经花费的钱不下数百亿美元。然而，乏燃料，我们得这么去看，若没有很经济的技术去处理，它是毒物，如果有技术很好地处理之，它可能又是宝。

这也是为什么，现在的深层地质掩埋场，它必须满足很多条件，比如掩埋场得固若金汤，能持续存放1万年等等。但其中还有一个条件是，人类想要取回乏燃料时，必须可以方便地从深层地质中取回。因为谁也不敢断定，我们的后代就没有能力去处理乏燃料。还有就是，万一哪天，我们发现，乏燃料中的某种物质特别特别重要，人类需要它来救急时，可方便取回。

回到开头所说，假设能提供极其经济的不限量中子，那么，乏燃料其实是可以“焚烧”的。将乏燃料放在反应炉中，持续不断射进中子，乏燃料中的一些不能裂变的元素由于吸收了中子，它就变成了裂变产物，参与裂变并放出能量。还有一些长寿命的放射性元素，经过中子照射后，就变成了短寿命的元素。

研究表明，如果利用大量中子对乏燃料进行“焚烧”，那么最终可将需要掩埋的乏燃料体积减少到之前的五十分之一，并可在300至700年内恢复到天然铀矿的辐射水平。若技术进一步成熟，则在“焚烧”乏燃料的同时，还能提供动力发电。

如此美好，但是……

看完上文，有网友会不屑，他们会说：

你这不是跟那些“我有个绝妙的idea，就差一个程序员了”是一样的吗？

中子很有用，但中子哪里找？

如果理论上可行，为什么不见哪个国家在研究？

别急，利用外部中子增殖核燃料、驱动反应堆，“焚烧”乏燃料等，其实已经研究二十几年了，这就是“加速器驱动次临界系统”，简称ADS。

ADS并没有随着时间的推移而逐渐被各国淡漠并放弃。相反，现在研究这项技术的国家反而多了起来。中国在这方面没有落后，甚至可以说，在某些技术上，还是领先的。

请关注“科普中国”，下期咱们详细讲讲中科院联合其他单位从2011年一直研究至今的ADS嬗变系统，说说，他们是怎么批量“造”中子，又打算将这些中子做何用。

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