激光前沿｜日本核污水排海祸全球 诺奖获得者提议用激光化解

2023年8月24日，北京时间中午12时，日本福岛第一核电站启动核污染水排海。

日本核污水的来源主要是2011年3月，日本地震导致福岛核电站大量放射性物质泄露。事故后，为持续冷却堆芯而新注入的水加上反应堆原有的冷却剂以及大量渗入反应堆的地下水及雨水，从而形成了此次排海的“主角”——核污水。福岛核污水中除了大家熟知的含量最高的氚，还有碘-129、碳-14、铯-134、铯-137、钴-60等60多种放射性物质，需要长时间衰减。光是碘-129的半衰期就达到了1570万年，碳-14的半衰期更是达到了5370万年，其对人体，甚至是全球生态系统都会造成极其严重的危害。此前并没有核事故废水排海的先例，日本政府此举可谓是丧尽天良！

如今日本核污水排海已成定局，如何才能降低这一恶行给全人类带来的负面影响？实际上已有科学家针对激光改变放射性物质的半衰期、降低核废料危害等进行了相关研究。

在2003年，英国斯特拉思克莱德大学激光核物理学家—— Ken Ledingham 与他的同事将巨大的激光聚焦在一块金属上，在短短几皮秒的时间里，将相当于1000倍的电能注入到一个直径只有人类头发丝粗细的光点上，产生了一股伽马射线，研究小组将其照射到碘-129样品上，并在那里击出了一个中子，从而产生了碘-128。而碘-129的半衰期达到1570万年，碘-128是半衰期仅仅只有25分钟的良性同位素。该技术虽无法直接消除核废料，但能让其毒性锐减100倍，已是极大的希望，这表明是有可能存在利用激光的蜕变实现消除核废料这一办法的，而这巨型激光的来源是一台名为 Vulcan 的激光器。

Vulcan 激光器位于牛津郡的卢瑟福阿普尔顿实验室，体积大概是一家小旅馆的大小，可以产生达到100万亿瓦的巨大功率短脉冲。但这中间的过程需要消耗大量的能量。实验中，光是46克的碘-129样品就需要Vulcan激光器作用10¹⁷次才能将其全部转变为碘-128。这中间需要消耗的能量可想而知，同时也意味着如果利用此类技术改善核废料，需要建造更多的发电站去工作，无疑这是不现实的。

同样的让碘-129转化为碘-128必然会导致每秒发射的辐射量增加，反而有可能带来更大的处理问题。因此需要平衡此类问题我们就需要开发出功率峰值更高的激光器以及研究出激光处理核废料更多的可能性。

近年来，人类激光技术取得了长足进步，与高亮度线性加速器一起，产生了具有高亮度和高能量的康普顿-X和伽马光子束。用于产生这些高能伽马射线的激光器包括飞秒激光器和拍瓦激光器，以及各种加速原理，如激光唤醒场加速（LWFA）和直接激光加速（DLA）方法。

2018年诺贝尔物理学奖获得者、巴黎高等理工学院院士热拉尔·穆鲁提出了利用啁啾脉冲放大（CPA）处理核废料。利用这项技术，激光器发出的极强光线可以被提升到长期以来被认为不可能达到的水平，以拍瓦（PW）为单位就相当于10¹⁵瓦。举个例子，1PW的功率约为世界整个电网功率的50倍，而地球从太阳接收的总能量为174PW。CPA可以产生短至1阿秒的超短激光脉冲，1阿秒即10^-18s，比以往的激光器提升了一个数量级。通过从物质中分离出粒子（电子和质子）来产生足够的能量，再使用传统技术加速这些粒子，如此短的脉冲率能将核废料转化为安全的物质。

主要是利用超快的激光脉冲轰炸核废料，就拿原子核来说吧。它是由质子和中子组成的。如果我们增加或带走一个中子，它就会彻底改变一切。它不再是原来的原子，它的性质也会完全改变。核废料的寿命就会发生根本性的改变，我们可以将其从100万年缩短到30分钟！从而将铀-235等放射性物质转变为相对无害的如铅之类的物质。目前，该研究在理论上具有很大意义的，但目前利用激光处理核废料还处于非常早期的阶段，在商业化之前还需要做大量的研究，这中间需要更复杂的系统（包括激光器、粒子发生器、废物运输系统等）。

总  结

未来激光蜕变能否作用于更多放射性元素，是否能直接作用于核污水，或者说激光是否能直接作用于放射性元素，这些问题都需要我们未来花时间去发现、去突破。因此激光技术的提升和核化学知识的开拓都需要更进一步，在实现目标的过程依然会存在大量的问题，反应温度，各类参数的影响，以及分解放射性物质的同时仍会产生辐射和放射性气体，这都需要我们谨慎处理和研究。

此次日本核污水排海的举措将会为全人类带来历史性的灾难，无论未来人类是否能找到激光技术乃至更多领域技术来处理核污水，也无法改变这一历史灾难对人类的伤害！

（转自：维科网）