1951年12月20日，在爱达荷州阿尔科镇附近，四盏100瓦的灯泡串在一起，闪烁着微光，然后明亮地发光，成为第一个由核能供电的电器。观看的一小群科学家，来自爱达荷国家实验室（INL）的员工，为原子分裂驱动的未来举杯。
这将是一个被推迟的梦想。由于备受关注的事故和对放射性废物的担忧，核能在美国停滞不前。但INL的科学家们却默默地坚持着，现在情况可能正在好转：限制温室气体排放的紧迫性正在核能发源地重新点燃原子能的复兴。
在2005年《能源政策法》为反应堆研究提供12.5亿美元资金的推动下，INL的科学家们正在努力提高新一代核反应堆的安全性、效率，并最大限度地减少废物、降低成本。即使可再生能源成为主流，INL的研究人员仍然认为核能对于支持电网的基载负荷至关重要——这是国家电力中必须以恒定速率供应的部分，与太阳能和风能的可变供应不同。“核能是能够减少温室气体排放的主要基载发电能源，”INL核科学与技术副主任Kathryn McCarthy说。
与燃烧煤炭或其他化石燃料不同，裂变——原子核的分裂，是核能的基础过程——不排放二氧化碳。核反应堆通过其核心内的一组燃料棒产生能量，每组燃料棒都装有氧化铀。每一次进来的中子轰击一个铀原子，该原子就会分裂成两部分，释放能量并释放更多的中子，这些中子又会与其他原子碰撞并产生链式反应。这个过程产生的累积热量将水煮沸成蒸汽，蒸汽驱动涡轮机发电。
一个铀原子的裂变比燃烧一克煤的碳原子强大1000万倍，这使得核能高效且便宜——至少理论上是这样。根据总部位于亚特兰大的公用事业数据提供商Ventyx的数据，2006年美国核能发电的平均成本不到每千瓦时两美分，这与煤炭相当。像落基山研究所联合创始人兼首席科学家Amory Lovins这样的批评者反对这种明显的均等性，认为如果建造更多核电站，核能的价格将会上涨。Lovins指出，目前核能发电成本之所以低，部分原因是许多核电站早已投入使用。
1976年诺贝尔物理学奖得主Burton Richter认为，核能日复一日的可靠性使其成为可再生能源的必要补充。“太阳晚上不发光，风力发电也非常不稳定，”他说。“为了实现我们的排放目标，我们必须掌握所有可用的手段，核能就是其中之一。”
然而，在那之前，核能必须克服放射性燃料废物处理这一悬而未决的问题。今年2月，奥巴马总统否决了政府长期以来在内华达州尤卡山掩埋废物的计划，因为反对者认为该计划风险太大。“现在是时候重新开始，找到一种可行的方法来处理核废料，”可持续性咨询公司Greenspirit Strategies的首席科学家、绿色和平组织联合创始人Patrick Moore说。但寻找替代解决方案可能需要数年时间，一些担心核废物对人类健康影响的观察者不希望在此期间仓促行事。“我认为有一个解决方案，我只是认为我们还没有找到，”非营利组织“保护黄石公园免遭核污染”执行主任Mary Woollen说。“在核废料问题解决之前就扩大核能规模是愚蠢的。”
这正是INL科学家们的目标，他们相信他们的工作对地球的福祉至关重要。他们的工作重点是两种新设计：超高温反应堆（VHTR）和钠冷快堆（SFR）。两者都包含固有的安全特性，以防止堆芯过热和放射性物质释放。希望是这些新方法能够最终消除三里岛和切尔诺贝利核事故的记忆，并消除阻碍美国核能行业三十年的部分政治阻力。
VHTR仍处于规划阶段，其反应堆堆芯由石墨制成，石墨是一种即使在高温下也能保持坚固稳定的物质。氦气冷却反应堆并将热量输送到堆芯外部。该反应堆使用二氧化铀燃料颗粒，这些颗粒也涂有石墨，因此即使在极端高温下也不会破裂并释放裂变产物。因此，VHTR电厂能够将氦气加热到高达1000摄氏度（1800华氏度）的温度——几乎是现有反应堆的三倍。然后，氦气产生的热量可用于产生蒸汽驱动涡轮机。与切尔诺贝利类型的反应堆不同，VHTR具有负温度系数，这意味着随着堆芯温度升高，内部的核反应自然开始减慢。这一特性确保了反应堆永远不会接近引发熔毁的温度。“无论人类做错了什么，”McCarthy说，“如果发生任何异常情况，电厂都会自行关闭。”
VHTR产生的电力效率应比美国大多数反应堆高约40%。它产生的热量也可用于附近的工业工厂。VHTR电厂甚至可以通过高温蒸汽电解生产氢气作为燃料，高温蒸汽电解可分解水分子中的化学键；这一过程比现有的氢气生产方法节能50%。2005年，能源部授权INL建造VHTR电厂。原型机应在2018年至2021年间完成。
但首先，INL团队必须克服一系列技术障碍。例如，可能需要新型的耐用合金来保护反应堆内部的某些表面。“目前，材料并不总是能满足他们所说的温度和压力，”Richter说。他补充说，即使找到了这样的材料，它们也可能使建造VHTR发电厂的尚不确定的成本增加数百万美元。
竞争性的SFR设计依赖于一种新颖的裂变概念：用比传统核电站高得多的中子轰击铀原子。这种集中的原子攻击使得反应堆从铀燃料中提取的能量比目前的热反应堆多100倍，后者仅利用了燃料潜在能量的1%不到。SFR还可以燃烧其他反应堆的乏燃料棒和铀浓缩过程中剩余的贫化铀，从而大大缓解了核废料问题。来自行业专业组织美国核学会的科学家估计，SFR电厂可以从这些副产品中获得的能源足以满足美国所有需求的100多年。在SFR中重新燃烧乏燃料棒还可以缩短其放射性衰变时间；产生的废物只需隔离几百年而不是几千年。
不幸的是，用于将热量从SFR电厂堆芯移出的钠是一把双刃剑。液态钠是一种理想的冷却剂，因为它不像水那样会阻碍快中子的运动。它还可以提高安全性，因为它在正常大气压下工作。但液态钠是不透明的，这使得反应堆操作员很难监测热量传递。为了弥补这一困难，INL的研究人员正在开发计算机模拟，以模拟液态钠在快堆中的行为。
一些早期型号的SFR已经存在了一段时间：爱达荷州的低功率实验性EBR-II运行了30年，而俄罗斯29岁的BN-600仍在运行。然而，INL不希望推出新的原型机，直到研究人员完成计算机模型的改进。这可能意味着改进型的SFR电厂要再过10到20年才能出现。
如此漫长的时间表，加上高昂的前期成本和公众挥之不去的担忧，表明下一代核能面临着一场艰苦的斗争。目前的核电站可能需要高达100亿美元来建造；新的设计可能更昂贵。能源公司不愿承诺如此巨额的资金，除非他们确信升级后的设计能够兑现其承诺。“我们需要一个示范电厂——这才是真正阻碍该行业发展的因素，”INL技术总监David Petti说。“最终用户基本上告诉我们，‘我们将是第二个工厂的第一批客户。’”
即使INL能够说服能源公司加入，漫长的建设时间也保证了核能的复兴将是渐进的。“这些新反应堆要到本世纪下半叶才能广泛使用。所以，在接下来的50年里，我们将依赖于目前这一代，”Richter说。
维护当今的核电站将需要找到一种实用、安全且政治上可接受的废物处理方法。“至于乏燃料，无论你喜欢与否，我们都有，”Richter说。“我们有来自目前运行的反应堆的60,000吨乏燃料。”改进型的SFR设计最终可以通过该反应堆燃烧乏燃料的能力来缓解废物问题，但即使在最好的情况下，回收的燃料在数百年内仍将保持不安全的放射性水平。核工业还将不得不解决人们对反应堆本身的普遍担忧。内部人士声称，当今的核电站远比许多人意识到的要安全。毕竟，在美国本土的商业核电事故中从未有人死亡；相比之下，根据2004年一项报告，化石燃料发电厂的排放每年杀死24,000名美国人，该报告由环境组织清洁空气任务组委托编写。但在9·11之后的思维模式中，核电站被视为潜在的恐怖袭击目标，也是核武器原材料的可能来源。
乔治·W·布什支持INL的核研究，但到目前为止，尚不清楚奥巴马政府是否也持有同样的看法，McCarthy说。尽管如此，气候变化的威胁已经让曾经持怀疑态度的环保人士，如Greenspirit的Patrick Moore——以及环保偶像Stewart Brand和James Lovelock——开始支持核能。“我认为环保运动犯了一个错误，将核能与核武器混为一谈，”Moore说。“对我来说，很明显，没有哪项技术比核能更能减少我们对化石燃料的使用。”
拥抱核能
在其开发更安全、更便宜、更高效的核反应堆的努力中，爱达荷国家实验室已经研究了六种下一代反应堆设计；其中这两种（钠冷快堆和超高温反应堆）是最有前途的。这两种设计都能够利用核物理定律，即使面对工程故障或操作员失误，也能防止堆芯熔毁。这两种设计是否实用，目前尚不清楚。
