英国拥有近 100 吨钚——被一些人称为“来自地狱的元素”——不知道该如何处理。这个岛国不需要这种强大的粉末来制造更多的核武器，并且花费数十亿英镑以确保其他人不会为了这个目的而偷窃它。这种不稳定的元素将在数千年内保持放射性，是不幸的核燃料回收努力的残留物。
正在考虑的一个解决方案是进一步回收钚——通过将其用作一对新型、所谓的“快”堆的燃料。这种核反应堆实际上可以通过裂变“消耗”钚（将其转化为其他形式的核废料，这些核废料对于制造武器没有那么有用）。英国正在考虑一项计划，建造两个通用电气的 PRISM快堆，这是几十年来尝试处理钚和其他核电放射性废物的快堆设计系列中的最新款，尽管成败参半。这种想法仍然是，快堆之所以得名，是因为在反应堆中引发裂变的中子比传统反应堆中的中子运动得更快，因此可以为清理一些棘手的核废料提供快速的解决方案，这些核废料在快中子作用下裂变效果更好，同时还可以作为副产品提供电力。
通用电气日立核能公司首席咨询工程师、核工程师埃里克·洛文认为：“如果他们真的想摆脱钚，那么快谱反应堆比其他选择更安全，并且可以去除更多的钚。”“这似乎只是人类正在努力解决的问题：‘我们如何才能做得更好？’”
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在努力应对核废料（无论是钚还是其他）方面，英国绝非孤立。美国仍然是一个正在寻找解决其近 70,000 吨乏核燃料（其中含有少量钚）的国家。奥巴马总统最近成立的蓝丝带委员会建议寻找一些愿意自愿接收这些废物的社区，并收取一定费用。
英国也不是唯一一个考虑使用快堆来消除钚的国家。日本建造了一个名为“文殊”的快堆，以回收其乏核燃料。法国也曾拥有一个快堆，但由于运行该工厂的设计困难，该快堆已被关闭。事实上，大多数这样的快堆都难以可靠运行。“美国、日本、法国、德国、意大利和俄罗斯都曾将[快堆]列为优先项目，”自然资源保护委员会（一个环保组织）的物理学家托马斯·科克伦指出。“在所有这些地方和两个核海军中，它们基本上都失败了，因此在再次尝试之前应该三思而后行。”
新型设计
快堆的问题主要与冷却它们的东西有关——通用电气的 PRISM 和许多其他反应堆都使用液态钠。这种元素是食盐中较好的那一半，它能很好地冷却快堆，并确保不会发生永久性的链式反应。而且，由于沸点超过 800 摄氏度，它可以像传统反应堆一样在低压下运行。但是钠也会与空气或水发生爆炸性反应，因此在为了产生蒸汽以转动涡轮机发电而必须接近水的地方，需要采取精密的安保措施，例如蒸汽发生器。由于系统泄漏导致的多次火灾，迄今为止运行的钠冷快堆的停机时间多于运行时间。“你不能打开顶部并向下查看反应堆，并纠正任何问题，”科克伦指出。“你需要进入反应堆时，总会面临艰巨的维护问题。”
这就是为什么通用电气决定解决方案是保持这些反应堆的小型化，以尽量减少安全问题以及系统的尺寸以及其他设计变更。例如，PRISM 中输送液态钠冷却剂的管道有两层。一旦实际输送钠的内管发生泄漏，外层的传感器就会关闭其流量。“我们已经从过去吸取了教训，”洛文说。
事实上，PRISM 是基于一个政府研究项目的设计，该设计在爱达荷州成功运行了几十年，名称为实验增殖反应堆 II，简称 EBR-II。而且，尽管钠与空气或水不兼容，但它与金属相处融洽。“在 EBR-II 中，当[反应堆]容器排空后，您仍然可以看到内部的[工程]粉笔标记，”洛文说。这表明了令人印象深刻的稳定性，因为在当今运行的数百个轻水反应堆中，这种粉笔标记会迅速被侵蚀掉。
与金属的兼容性也是通用电气选择制造替代核燃料的原因，这也是其“先进回收中心”概念的一部分，该概念包括 PRISM 反应堆。通用电气不是使用其他快堆和传统反应堆中使用的氧化铀燃料丸，而是会制造金属合金燃料，其中将钚或铀与锆金属混合。这可能还会使通用电气的金属燃料能够包含乏核燃料中的全部放射性元素。“从制造一种氧化物的经验来看，这很困难，”洛文认为。“再加上所有其他元素，这就像一个科学项目。”这种“混合氧化物”燃料在更广泛的核反应堆系列中并没有得到普及，尽管法国继续采用它，而美国也即将效仿。
挑战在于金属燃料会变热——而且与氧化物基燃料不同，当它加热时，它会膨胀。如果燃料膨胀过多，它会使周围的包壳破裂，这会带来一个大问题。通用电气的解决方案是减少燃料投入：“我们不要投入 100% 的体积，我们投入 75% 就行了，”洛文说。
金属更有效地传递热量的能力意味着 PRISM 的最终散热器（液态钠产生的 500 摄氏度热量在这里排出）是空气而不是水。仅反应堆中的自然循环就足以去除反应堆燃料中元素放射性衰变产生的全部热量。“你不需要任何人为操作，”洛文指出。“你不需要打开阀门或任何自动安全系统。这是最重要的安全功能。”
适合用途
当然，解决英国钚问题有一个更简单的解决方案：将其掩埋。然而，PRISM 的提议是在掩埋之前先对钚进行嬗变，作为额外的安全级别。“我们将把粉末状的氧化钚转化为燃料形式，放入反应堆，使其更具放射性，然后再放入地下，”洛文承认，这也将使它不适合制造核武器。“这就是客户的要求。”
额外的嬗变级别可能代价太高，无论是在获得该技术在英国运行的许可方面，还是在建造反应堆本身方面。这种快堆甚至比传统反应堆更昂贵，例如在中国和美国在建的西屋公司的新型 AP-1000，据估计每个造价约为 70 亿美元。如果需要，传统的轻水反应堆也可以“消耗”钚。“如果我要处理 100 吨钚，我会将其在轻水反应堆中燃烧，”科克伦说，方法是将其制成混合氧化物燃料。而且“最便宜的做法是将其玻璃化[将其转化为玻璃]并与其他核废料混合。”
此外，英国过去在自己的实验性快堆设计（多雷快堆和原型快堆）方面的记录也很糟糕，包括多次钠泄漏。多雷在用过的钠冷却剂的倾倒场发生爆炸，这可能导致了乏燃料中的放射性粒子出现在附近的沙滩上。尽管多雷和原型堆都已经关闭了几十年，但其清理和退役工作至今仍在继续。
最初，开发这种快堆是为了解决一个从未实现的问题：全球铀供应短缺。这个想法是在裂变开始后在反应堆内部自行产生燃料，实际上是制造的比消耗的更多。但是，考虑到通货膨胀，今天的铀价格与核时代初期相同。“像所有矿物质一样，开采效率的提高和挖掘更深层矿石的能力超过了 100 年或更长时间资源的枯竭，”科克伦指出。“从经济角度来看，快堆没有竞争力，而且永远不会有竞争力。”
“我们不会耗尽铀，”洛文承认。“这是针对堆积如山的东西的解决方案。”
然而，最终的核心问题可能是，这种新型反应堆并不能消除堆积如山的核废料，而只是将其嬗变。即使拥有一批这样的快堆，各国仍然需要一个核废料的最终归宿，这也是 2010 年麻省理工学院关于乏核燃料的报告驳斥了这种快堆的原因之一。或者，正如科克伦所说：“如果你想处理牛奶，就不要喂给牛。”