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我們能把核廢料發射到太陽上嗎?看看科學家怎麽說

當我看著太陽,我並沒有看到一個滋養著地球上所有的生物、給予生命溫暖的球體。不,我把那個火球看作是宇宙垃圾壓縮機。一個我可以傾倒所有生活垃圾的地方,來為新的衝動購物騰出空間。

我是說,太陽就在那裡,什麽都沒做,對吧?它比任何垃圾焚燒爐都要熱,它是太陽系中心的重力源。給我一枚火箭,讓我們把垃圾送到太陽,從而炸得無影無蹤。

好吧,我懷疑它會變得昂貴,所以讓我們從地球上最糟糕的垃圾開始:核廢料。你知道,核反應堆的副產品為世界上許多地方發電。這種物質是有劇毒的,而且將會存在幾十萬年。

核廢料的密度也很大,也許把這些物質從地球帶到太陽上是有意義的?我們來計算一下。

核廢料(或者放射性廢料),當然,是任何仍然具有放射性的剩餘物質。在大多數情況下,我們從核能反應堆中得到的是剩餘物質,但它也由醫院和核武器製造產生。我們從鈾礦開採、鐳加工以及各種民用和軍事研究項目中得到了剩餘的核廢料。

圖解:在這個幾何圖形內部是一個被拆除的鈾礦廠和它的放射性尾礦。圖片來源:美國能源部

例如,當你從地下開採鈾時,你會得到剩餘的鐳和放射性的岩石、土壤,甚至水。當你給核反應堆供電時,廢燃料棒仍然具有高放射性和危險性。僅在美國,就有數百個不同的地點受到嚴重汙染,汙染面積超過數千英畝。

根據世界核協會的數據,歐佩克國家每年產生3億噸有毒廢料。我們說的是有毒化學物質,醫療廢物,煤塵。任何你不想讓它靠近你,或進入你內心的物質。

為了更直觀的呈現,那是一個立方體的有毒物質,假設這些物質比水的密度大一點。

其中,全球每年僅產生9.7萬噸核廢料。這是各種放射性廢物。這隻佔所有有毒廢物的0.03%。

但是以計算為目的,我要把注意力集中在我們正在處理的最有毒、最具放射性的物質上:核反應堆產生的高水準放射性廢物。現在我們說的僅僅是每年12000噸,也就是地球上每年12%的核廢料。

現在,讓我們看看發射成本。大多數火箭公司會收取每千克1萬到2萬美元的費用將有效載荷送入近地軌道。目前市場上最劃算的交易是SpaceX,每公斤約4000美元。如果他們今年能讓獵鷹重型無人機飛起來,價格可能會降到每公斤2500美元左右。

如果我們想要做的只是把這些垃圾炸到近地軌道上,計算就相當簡單了。12000噸是1200萬公斤。乘以每千克2500美元,就得到300億美元。每年要發射240架獵鷹重型火箭。幾乎每天都有運載高放射性核廢料的火箭發射。眼不見,心不煩。

圖解:SpaceX((太空探索技術公司)獵鷹重型火箭準備從佛羅裡達州肯尼迪航天中心發射,這是最新的藝術家概念。(圖源:美國太空探索技術公司)。

這是一大筆錢,但從理論上講,如果他們想要停止戰爭或其他事情,全世界能負擔得起。如果他們想把所有的核廢料都排放出去,那就需要2500億。一次。這是一筆不可思議的數目,但仍在可能的範圍內,假設SpaceX發射了獵鷹重型火箭,每次釋放50噸核廢料的有效載荷。

但這是近地軌道,我們不想去那裡。因為獅子座的任何物體仍然會經歷來自地球大氣層的摩擦,最終它會返回地球。想象一下高放射性鈈的流星雨規律性的墜落。那將會太糟糕。

把這些東西發射到地球靜止軌道會更安全,因為電視衛星是從那裡發射的。在這一軌道上的物質預計會停留很長一段時間。

你看到的是發射到GEO的價格的兩倍,所以繼續吧,把你的成本翻倍,把這些東西安全地放到太空。600億美元用於高水準放射性廢物。5000億用於核廢料。

我相信SpaceX會給你一個批發價(批量折扣)。也許還有更智能的軌道,垃圾在重新進入地球大氣層時已經完全衰變成更安全的東西。我的意思是,可能會節省一些成本。

假設我們運行了所有這些計算,成本仍然是值得的。但問題是,火箭經常會失敗。它們在發射台上爆炸,或者在進入軌道的途中爆炸。一次嚴重的爆炸可能會在地球上的大片區域內噴射出劇毒鈈。

圖解:2016年9月1日,SpaceX獵鷹9號火箭在佛羅裡達州卡納維拉爾角空軍基地40號發射台發生災難性爆炸,摧毀了火箭和以色列Amos-6衛星的有效載荷。(圖片來源:美國發射報告)

對於一枚火箭來說,失敗的風險非常低。火箭有95%的可靠性,這意味著每20個火箭中就有一個會以某種方式失敗。如果你隻發射240枚火箭,你會看到12次失敗,其中一些是在發射台爆炸,或者在高空爆炸。按照這個概率,我們可以認為地球上的某個地方永遠是多雲的,有機會會下鈈雨。

如果成千上萬噸的核廢料懸在你的頭頂上讓你感到緊張,那麽你就會想要聽到更為永久的選擇。讓我們把它撞到太陽上去。

事實證明,把它發射到太陽下要昂貴得多。原因如下:你可能會認為只要把廢物拋向太空就意味著它會直接掉到太陽上,但你的廢物仍然以地球的速度(30米/秒)繞著太陽旋轉。

為了讓它真正的墜入太陽,你需要消去軌道速度。換句話說,你需要給你的火箭31.7米/秒的速度,考慮到地球的大氣阻力,然後抵消軌道速度。

NASA的新視野號飛船需要以16.1米/秒的速度才能到達冥王星,所以你談論的將核廢料拋向太陽的速度是該速度的兩倍。

平心而論,“新視野號”和其他宇宙飛船使用引力助推來竊取木星和其他行星的速度,所以你有可能通過一些複雜的軌道掃過不同的行星來獲得你需要的速度變化。我還沒算過,但我們只是假設,(竊取速度)這樣子做到節約。

如果你不抵消這個運動,你的核廢料就會永遠繞著太陽轉,就像一顆垃圾小行星。

你可以嘗試著用另一種方法。不是試圖下降到太陽,而是向外飛,直到你幾乎逃脫了太陽的引力。在角動量,也就是橫向運動,幾乎為零的狀態。用一點推力把它抵消,然後核廢料被太陽的引力拉回,迎接它的末日。

這將需要數百年甚至數千年的時間,但會節省成本。然後你只需要達到大約16.5米/秒的速度。

圖解:獵鷹重型火箭一旦投入使用,將成為世界上最強大的火箭。(圖片來源:太空探索技術公司)

如果火箭要獲得更高的速度,就需要攜帶更多的有效載荷作為燃料。獵鷹重型運載火箭可以攜帶54噸以上有效載荷到近地軌道,但到冥王星只能攜帶2.9噸。

換句話說,使用最有效的軌道,你仍然需要20多倍的火箭將燃料發射到太陽。換句話說,將你的成本乘以20倍。

花費1.2兆美元將高放射性廢物發射到太陽軌道上,這需要很長很長的時間。

最重要的是,把我們的核廢料發射到太空,發射到太陽上,代價實在是太昂貴了——幾個數量級的代價。更不用說不可避免的火箭故障將使問題複雜化,這是非常危險的。

不,我們需要學習如何回收核廢料,使其毒性更小。我們需要願意花費資源來妥善清理受汙染的地區,我們需要仔細考慮我們如何處理產生能源的長期後果。不僅是核能,還有任何汙染形式的能源發電。

但你知道我更同意哪個觀點嗎?我同意傑夫·貝佐斯的觀點,他說我們最終將把所有重工業和製造業從地球轉移到太空。

圖解:我們可以把製造業轉移到地球以外,以降低環境風險。(NASA/丹尼斯 瓦特)

與其把垃圾從我們的環境中清理出去,不如讓我們在一開始開採它,提煉它,然後在太空中製造出來。然後我們可以把產品送回地球,避免大部分汙染。

我已經算過了,你覺得呢?把核廢料發射到太空還值得嗎?請在評論中告訴我你的想法。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. universetoday-凡晨星儀

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