磁聚焦霍爾電推進技術

CCTV這樣說~

磁聚焦霍爾電推進技術，咋就成了核廢料處理的香餑餑？

2011.3.12，日本9.0級大地震引發7級福島核事故,放射性碘、銫等科學名詞突然走進百姓視野。

雖然核泄漏事件帶來的危害較大，但鑒於核電站的嚴密設計與正規運行，核安全問題能夠得到有效保障，反而核廢料處置備受各大核電國關注。

眾所周知，核廢料之中可不全是廢料，它含有大量未用完的可增值材料鈾238或釷232，未燒完的和新生成的易裂變材料鈈239、鈾235或鈾233以及核燃料在輻照過程中產生超鈾元素和裂變元素等。

這些放射性元素來之不易，仍然可以通過分離和再次提純等製成有效的核燃料，加到核燃料的使用循環中，進而提高核燃料的有效利用率。

可是不幸的是，同位素的化學性質幾乎完全一致，採用化學手段幾乎難以區分。現在普遍商業應用的處理方法是氣體離心鈾分離法，採用的主要設備為氣體離心機。

其原理是根據鈾238和鈾235原子質量不同，利用高速旋轉產生的慣性離心力，可將較重的鈾238「甩」到一端，這道理與洗衣機的甩干桶差不多。

但是同位素元素之間的質量差異實在太小，氣體離心機廠需要幾千台高速真空離心機連續、長期地工作才能得到濃縮鈾，生產成本高得離譜。

此外，要想對元素進行離心分離，還必須進行氣化的過程，這在無形之中又增加了技術難度和運行成本。

一直以來各國科學家和工程師一直在研究更高效、更經濟的核分離技術，電磁分離方法由此而被提出。

該方法在將同位素帶電的基礎上，通過電磁場來控制粒子運動軌跡，以實現不同質量粒子的分離，由於良好的軌跡控制能力，電磁分離法具有其結構簡單、單級分離等優點；而結合等離子體技術的電磁分離方法可進一步提高了同位素分離的產量，相比於傳統幾千台高速真空離心機連續高速工作來分離提純核廢料，此舉可以大大降低成本並提高處理效率。

等離子體電磁分離方法的典型方案是通過等離子體源將同位素形成等離子體射流，進而通過磁場旋轉帶電離子，最後通過電場與旋轉離子離心力的平衡來分離不同質量粒子。

磁聚焦霍爾電推進器就是這樣一種優良的等離子體射流源。

該電推進技術能將離子加速至20km/s，採用了磁聚焦技術之後的電推進過程能夠減小離子的方向偏移，從而能使離子運動方向更集中；而電離與加速分離使得電離區更加集中，離子能量更加集中。

以上特性使得磁聚焦霍爾電推進器特別適合作為同位素分離的射流源，推動該技術從理論分析達到實驗研究階段（據傳這項技術獲得 2016中國高等學校十大科技進展）。

我們一直翹首以待~

本期編輯：阿是捲髮的