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我们能把核废料发射到太阳上吗?看看科学家怎么说

添加时间:2024-02-23

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当我看着太阳,我并没有看到一个滋养着地球上所有的生物、给予生命温暖的球体。不,我把那个火球看作是宇宙垃圾压缩机。一个我可以倾倒所有生活垃圾的地方,来为新的冲动购物腾出空间。

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我是说,太阳就在那里,什么都没做,对吧?它比任何垃圾焚烧炉都要热,它是太阳系中心的重力源。给我一枚火箭,让我们把垃圾送到太阳,从而炸得无影无踪。

好吧,我怀疑它会变得昂贵,所以让我们从地球上最糟糕的垃圾开始:核废料。你知道,核反应堆的副产品为世界上许多地方发电。这种物质是有剧毒的,而且将会存在几十万年。

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核废料的密度也很大,也许把这些物质从地球带到太阳上是有意义的?我们来计算一下。

核废料(或者放射性废料),当然,是任何仍然具有放射性的剩余物质。在大多数情况下,我们从核能反应堆中得到的是剩余物质,但它也由医院和核武器制造产生。我们从铀矿开采、镭加工以及各种民用和军事研究项目中得到了剩余的核废料。

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图解:在这个几何图形内部是一个被拆除的铀矿厂和它的放射性尾矿。图片来源:美国能源部

例如,当你从地下开采铀时,你会得到剩余的镭和放射性的岩石、土壤,甚至水。当你给核反应堆供电时,废燃料棒仍然具有高放射性和危险性。仅在美国,就有数百个不同的地点受到严重污染,污染面积超过数千英亩。

根据世界核协会的数据,欧佩克国家每年产生3亿吨有毒废料。我们说的是有毒化学物质,医疗废物,煤尘。任何你不想让它靠近你,或进入你内心的物质。

为了更直观的呈现,那是一个立方体的有毒物质,假设这些物质比水的密度大一点。

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其中,全球每年仅产生9.7万吨核废料。这是各种放射性废物。这只占所有有毒废物的0.03%。

但是以计算为目的,我要把注意力集中在我们正在处理的最有毒、最具放射性的物质上:核反应堆产生的高水平放射性废物。现在我们说的仅仅是每年12000吨,也就是地球上每年12%的核废料。

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现在,让我们看看发射成本。大多数火箭公司会收取每千克1万到2万美元的费用将有效载荷送入近地轨道。目前市场上最划算的交易是,每公斤约4000美元。如果他们今年能让猎鹰重型无人机飞起来,价格可能会降到每公斤2500美元左右。

如果我们想要做的只是把这些垃圾炸到近地轨道上,计算就相当简单了。12000吨是1200万公斤。乘以每千克2500美元,就得到300亿美元。每年要发射240架猎鹰重型火箭。几乎每天都有运载高放射性核废料的火箭发射。眼不见,心不烦。

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图解:((太空探索技术公司)猎鹰重型火箭准备从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射,这是最新的艺术家概念。(图源:美国太空探索技术公司)。

这是一大笔钱,但从理论上讲,如果他们想要停止战争或其他事情,全世界能负担得起。如果他们想把所有的核废料都排放出去,那就需要2500亿。一次。这是一笔不可思议的数目,但仍在可能的范围内,假设发射了猎鹰重型火箭,每次释放50吨核废料的有效载荷。

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但这是近地轨道,我们不想去那里。因为狮子座的任何物体仍然会经历来自地球大气层的摩擦,最终它会返回地球。想象一下高放射性钚的流星雨规律性的坠落。那将会太糟糕。

把这些东西发射到地球静止轨道会更安全,因为电视卫星是从那里发射的。在这一轨道上的物质预计会停留很长一段时间。

你看到的是发射到GEO的价格的两倍,所以继续吧,把你的成本翻倍,把这些东西安全地放到太空。600亿美元用于高水平放射性废物。5000亿用于核废料。

我相信会给你一个批发价(批量折扣)。也许还有更智能的轨道,垃圾在重新进入地球大气层时已经完全衰变成更安全的东西。我的意思是,可能会节省一些成本。

假设我们运行了所有这些计算,成本仍然是值得的。但问题是,火箭经常会失败。它们在发射台上爆炸,或者在进入轨道的途中爆炸。一次严重的爆炸可能会在地球上的大片区域内喷射出剧毒钚。

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图解:2016年9月1日,猎鹰9号火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地40号发射台发生灾难性爆炸,摧毁了火箭和以色列Amos-6卫星的有效载荷。(图片来源:美国发射报告)

对于一枚火箭来说,失败的风险非常低。火箭有95%的可靠性,这意味着每20个火箭中就有一个会以某种方式失败。如果你只发射240枚火箭,你会看到12次失败,其中一些是在发射台爆炸,或者在高空爆炸。按照这个概率,我们可以认为地球上的某个地方永远是多云的,有机会会下钚雨。

如果成千上万吨的核废料悬在你的头顶上让你感到紧张,那么你就会想要听到更为永久的选择。让我们把它撞到太阳上去。

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事实证明,把它发射到太阳下要昂贵得多。原因如下:你可能会认为只要把废物抛向太空就意味着它会直接掉到太阳上,但你的废物仍然以地球的速度(30米/秒)绕着太阳旋转。

为了让它真正的坠入太阳,你需要消去轨道速度。换句话说,你需要给你的火箭31.7米/秒的速度,考虑到地球的大气阻力,然后抵消轨道速度。

NASA的新视野号飞船需要以16.1米/秒的速度才能到达冥王星,所以你谈论的将核废料抛向太阳的速度是该速度的两倍。

平心而论,“新视野号”和其他宇宙飞船使用引力助推来窃取木星和其他行星的速度,所以你有可能通过一些复杂的轨道扫过不同的行星来获得你需要的速度变化。我还没算过,但我们只是假设,(窃取速度)这样子做到节约。

如果你不抵消这个运动,你的核废料就会永远绕着太阳转,就像一颗垃圾小行星。

你可以尝试着用另一种方法。不是试图下降到太阳,而是向外飞,直到你几乎逃脱了太阳的引力。在角动量,也就是横向运动,几乎为零的状态。用一点推力把它抵消,然后核废料被太阳的引力拉回,迎接它的末日。

这将需要数百年甚至数千年的时间,但会节省成本。然后你只需要达到大约16.5米/秒的速度。

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图解:猎鹰重型火箭一旦投入使用,将成为世界上最强大的火箭。(图片来源:太空探索技术公司)

如果火箭要获得更高的速度,就需要携带更多的有效载荷作为燃料。猎鹰重型运载火箭可以携带54吨以上有效载荷到近地轨道,但到冥王星只能携带2.9吨。

换句话说,使用最有效的轨道,你仍然需要20多倍的火箭将燃料发射到太阳。换句话说,将你的成本乘以20倍。

花费1.2万亿美元将高放射性废物发射到太阳轨道上,这需要很长很长的时间。

最重要的是,把我们的核废料发射到太空,发射到太阳上,代价实在是太昂贵了——几个数量级的代价。更不用说不可避免的火箭故障将使问题复杂化,这是非常危险的。

不,我们需要学习如何回收核废料,使其毒性更小。我们需要愿意花费资源来妥善清理受污染的地区,我们需要仔细考虑我们如何处理产生能源的长期后果。不仅是核能,还有任何污染形式的能源发电。

但你知道我更同意哪个观点吗?我同意杰夫·贝佐斯的观点,他说我们最终将把所有重工业和制造业从地球转移到太空。

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图解:我们可以把制造业转移到地球以外,以降低环境风险。(NASA/丹尼斯 瓦特)

与其把垃圾从我们的环境中清理出去,不如让我们在一开始开采它,提炼它,然后在太空中制造出来。然后我们可以把产品送回地球,避免大部分污染。

我已经算过了,你觉得呢?把核废料发射到太空还值得吗?请在评论中告诉我你的想法。

参考资料

1.百科全书

2.天文学名词

3. -凡晨星仪

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