英國擁有近 100 噸鈽——被一些人稱為“來自地獄的元素”——不知道該如何處理。這個島國不需要這種強大的粉末來製造更多的核武器，並且花費數十億英鎊以確保其他人不會為了這個目的而偷竊它。這種不穩定的元素將在數千年內保持放射性，是不幸的核燃料回收努力的殘留物。
正在考慮的一個解決方案是進一步回收鈽——透過將其用作一對新型、所謂的“快”堆的燃料。這種核反應堆實際上可以透過裂變“消耗”鈽（將其轉化為其他形式的核廢料，這些核廢料對於製造武器沒有那麼有用）。英國正在考慮一項計劃，建造兩個通用電氣的 PRISM快堆，這是幾十年來嘗試處理鈽和其他核電放射性廢物的快堆設計系列中的最新款，儘管成敗參半。這種想法仍然是，快堆之所以得名，是因為在反應堆中引發裂變的中子比傳統反應堆中的中子運動得更快，因此可以為清理一些棘手的核廢料提供快速的解決方案，這些核廢料在快中子作用下裂變效果更好，同時還可以作為副產品提供電力。
通用電氣日立核能公司首席諮詢工程師、核工程師埃裡克·洛文認為：“如果他們真的想擺脫鈽，那麼快譜反應堆比其他選擇更安全，並且可以去除更多的鈽。”“這似乎只是人類正在努力解決的問題：‘我們如何才能做得更好？’”
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在努力應對核廢料（無論是鈽還是其他）方面，英國絕非孤立。美國仍然是一個正在尋找解決其近 70,000 噸乏核燃料（其中含有少量鈽）的國家。奧巴馬總統最近成立的藍絲帶委員會建議尋找一些願意自願接收這些廢物的社群，並收取一定費用。
英國也不是唯一一個考慮使用快堆來消除鈽的國家。日本建造了一個名為“文殊”的快堆，以回收其乏核燃料。法國也曾擁有一個快堆，但由於執行該工廠的設計困難，該快堆已被關閉。事實上，大多數這樣的快堆都難以可靠執行。“美國、日本、法國、德國、義大利和俄羅斯都曾將[快堆]列為優先專案，”自然資源保護委員會（一個環保組織）的物理學家托馬斯·科克倫指出。“在所有這些地方和兩個核海軍中，它們基本上都失敗了，因此在再次嘗試之前應該三思而後行。”
新型設計
快堆的問題主要與冷卻它們的東西有關——通用電氣的 PRISM 和許多其他反應堆都使用液態鈉。這種元素是食鹽中較好的那一半，它能很好地冷卻快堆，並確保不會發生永久性的鏈式反應。而且，由於沸點超過 800 攝氏度，它可以像傳統反應堆一樣在低壓下執行。但是鈉也會與空氣或水發生爆炸性反應，因此在為了產生蒸汽以轉動渦輪機發電而必須接近水的地方，需要採取精密的安保措施，例如蒸汽發生器。由於系統洩漏導致的多次火災，迄今為止執行的鈉冷快堆的停機時間多於執行時間。“你不能開啟頂部並向下檢視反應堆，並糾正任何問題，”科克倫指出。“你需要進入反應堆時，總會面臨艱鉅的維護問題。”
這就是為什麼通用電氣決定解決方案是保持這些反應堆的小型化，以儘量減少安全問題以及系統的尺寸以及其他設計變更。例如，PRISM 中輸送液態鈉冷卻劑的管道有兩層。一旦實際輸送鈉的內管發生洩漏，外層的感測器就會關閉其流量。“我們已經從過去吸取了教訓，”洛文說。
事實上，PRISM 是基於一個政府研究專案的設計，該設計在愛達荷州成功運行了幾十年，名稱為實驗增殖反應堆 II，簡稱 EBR-II。而且，儘管鈉與空氣或水不相容，但它與金屬相處融洽。“在 EBR-II 中，當[反應堆]容器排空後，您仍然可以看到內部的[工程]粉筆標記，”洛文說。這表明了令人印象深刻的穩定性，因為在當今執行的數百個輕水反應堆中，這種粉筆標記會迅速被侵蝕掉。
與金屬的相容性也是通用電氣選擇製造替代核燃料的原因，這也是其“先進回收中心”概念的一部分，該概念包括 PRISM 反應堆。通用電氣不是使用其他快堆和傳統反應堆中使用的氧化鈾燃料丸，而是會製造金屬合金燃料，其中將鈽或鈾與鋯金屬混合。這可能還會使通用電氣的金屬燃料能夠包含乏核燃料中的全部放射性元素。“從製造一種氧化物的經驗來看，這很困難，”洛文認為。“再加上所有其他元素，這就像一個科學專案。”這種“混合氧化物”燃料在更廣泛的核反應堆系列中並沒有得到普及，儘管法國繼續採用它，而美國也即將效仿。
挑戰在於金屬燃料會變熱——而且與氧化物基燃料不同，當它加熱時，它會膨脹。如果燃料膨脹過多，它會使周圍的包殼破裂，這會帶來一個大問題。通用電氣的解決方案是減少燃料投入：“我們不要投入 100% 的體積，我們投入 75% 就行了，”洛文說。
金屬更有效地傳遞熱量的能力意味著 PRISM 的最終散熱器（液態鈉產生的 500 攝氏度熱量在這裡排出）是空氣而不是水。僅反應堆中的自然迴圈就足以去除反應堆燃料中元素放射性衰變產生的全部熱量。“你不需要任何人為操作，”洛文指出。“你不需要開啟閥門或任何自動安全系統。這是最重要的安全功能。”
適合用途
當然，解決英國鈽問題有一個更簡單的解決方案：將其掩埋。然而，PRISM 的提議是在掩埋之前先對鈽進行嬗變，作為額外的安全級別。“我們將把粉末狀的氧化鈽轉化為燃料形式，放入反應堆，使其更具放射性，然後再放入地下，”洛文承認，這也將使它不適合製造核武器。“這就是客戶的要求。”
額外的嬗變級別可能代價太高，無論是在獲得該技術在英國執行的許可方面，還是在建造反應堆本身方面。這種快堆甚至比傳統反應堆更昂貴，例如在中國和美國在建的西屋公司的新型 AP-1000，據估計每個造價約為 70 億美元。如果需要，傳統的輕水反應堆也可以“消耗”鈽。“如果我要處理 100 噸鈽，我會將其在輕水反應堆中燃燒，”科克倫說，方法是將其製成混合氧化物燃料。而且“最便宜的做法是將其玻璃化[將其轉化為玻璃]並與其他核廢料混合。”
此外，英國過去在自己的實驗性快堆設計（多雷快堆和原型快堆）方面的記錄也很糟糕，包括多次鈉洩漏。多雷在用過的鈉冷卻劑的傾倒場發生爆炸，這可能導致了乏燃料中的放射性粒子出現在附近的沙灘上。儘管多雷和原型堆都已經關閉了幾十年，但其清理和退役工作至今仍在繼續。
最初，開發這種快堆是為了解決一個從未實現的問題：全球鈾供應短缺。這個想法是在裂變開始後在反應堆內部自行產生燃料，實際上是製造的比消耗的更多。但是，考慮到通貨膨脹，今天的鈾價格與核時代初期相同。“像所有礦物質一樣，開採效率的提高和挖掘更深層礦石的能力超過了 100 年或更長時間資源的枯竭，”科克倫指出。“從經濟角度來看，快堆沒有競爭力，而且永遠不會有競爭力。”
“我們不會耗盡鈾，”洛文承認。“這是針對堆積如山的東西的解決方案。”
然而，最終的核心問題可能是，這種新型反應堆並不能消除堆積如山的核廢料，而只是將其嬗變。即使擁有一批這樣的快堆，各國仍然需要一個核廢料的最終歸宿，這也是 2010 年麻省理工學院關於乏核燃料的報告駁斥了這種快堆的原因之一。或者，正如科克倫所說：“如果你想處理牛奶，就不要餵給牛。”