如果你认为比尔·盖茨仅仅是一名成功的商人，那你就错了，因为他还是知名的慈善家。如果你认为比尔·盖茨是一名名利双收的慈善家，那你又错了，因为他还希望借助自己的财富来协助解决世界能源问题和环境污染问题。比尔·盖茨认为世界发展最短缺的是能源，而核能则是未来发展最具发展空间的能源。

反应堆的发展历程

世界核电发展可划分为四代：

l  第一代： 50-60年代，美国苏联等国建造的单机容量在300MWe左右的核电站，第一代反应堆属于原型堆核电厂，主要为了验证其工程可行性；

l  第二代：60-70年代，世界上大量涌现出大批单机容量在600-1400MWe的核电站，主要是实现商业化，标准化，批量化一提高核电站的经济性；

l  第三代：第三代核电站是在第二代核电站的基础上，提高其安全性和经济性；

l  第四代：进一步提高核能安全性，经济性的同时同时关注核废物处理和防止核扩散问题。

目前，国际上一般认为铅冷快堆、钠冷快堆、气冷快堆、超高温气冷堆、超临界水堆及熔盐堆等六种技术堆型为第四代核电技术。而“行波堆”由于可以直接利用废弃的铀以及只需简单转化的核废料，一次装料即可运行几十年甚至上百年，因此它可被称为“第五代”核电技术，不过目前尚处于概念研发阶段。

行波堆模型图

行波堆名字由来

2006年，比尔·盖茨参与投资了泰拉能源公司(TerraPower)，帮助其研发一种新型核电技术——行波堆(Traveling Wave Reactor)。“行波堆”这一理论，最早在1958年由物理学家范伯格提出，后来由Intellectual Ventures公司获得了该技术的专利。也就是在2006年，Intellectual Ventures成立了一家名字叫做TerraPower的子公司。传统核反应堆都需要添加核燃料并产生核废料，而“行波堆”却可以直接利用核废料进行再焚烧。“行波堆”在形成核裂变后，推动中子往复燃烧，形成行波状，因此得名。

      行波堆的特点

在TerraPower提出的“行波堆”中除最初的启动源需要浓缩铀，其他的燃料用现有的乏燃料和天然铀就完成。形象的说，行波堆就像蜡烛，用火柴点燃后逐渐烧尽，并可以点燃其他蜡烛（因此得另一名字“蜡烛堆”）。在行波堆中，铀238的使用比例几乎被提升到100%，这样就可以将更多的铀238转化为钚，然后将钚作为燃料继续使用。因而，TerraPower的行波堆具有以下几个特点：

1)     解决了核废料的处理问题，提高了经济性。行波堆简化了整个核电燃料的燃烧过程，以前留下大量铀238和钚现在完全都可以用来发电，解决了核废料问题处理问题。这不仅提高了燃料的利用率，同时也大大减小了复杂昂贵的燃料体系，降低了工业成本。

2)     减少全球范围的碳排放。比尔盖茨指出“尽管风能、太阳能等新能源的使用同样可以在一定程度上使碳排放问题得到减缓，但从持久性、规模性和稳定程度等方面看来，核废料可能是更为可靠的新能源”。

3)     提高反应堆的安全性并有效防止核扩散。比尔盖茨指出:“核能现在已经是非常非常安全的，但是我们相信泰拉公司提出的这种设计方案能使得核能更加安全“。2011年日本福岛核危机使得不少国家对于核能的态度越发敏感，尤其是传统反应堆燃料中的钚可以用来制造核弹。想到某些国家能够找到适当的理由来生产核武器，或存储能够生产出核武器的原料，民众对核和核能的利用更是持观望和担忧的态度。而行波堆对钚的燃烧将提高反应堆的安全性能并有效防止核扩散。

行波堆的研究进展

行波堆这个概念虽然很有潜力，但是实行起来却像核聚变一样遥不可及。虽然对行波堆的技术研发已到了一定阶段，但研发和实际应用要进一步进行下去则是一项系统工程。为了积极推进行波堆这一概念的现实化，泰拉能源公司在2015年成功与中核集团达成合作意向，旨在进一步推进行波堆的研究，建造出第一个反应堆。目前，在研发上遭遇的最大的问题来自于材料和燃料——核反应堆需要新的钢铁构造和一个新的燃料设计。

新型核废料燃烧需要在反应堆中存放30年之久，而当前仅能够实现不超过6年。研发制造出能够持续承受中子撞击30年的反应炉材料，是个极其艰巨的任务。在整个研发过程中，TerraPower求助了包括Idaho国家实验室、AREVA、日本的Kobe钢铁、Carpenter钢铁和Veridiam等大约80家专业公司和机构，来帮忙进行各方面的扩展测试。

毋庸置疑的是，未来先进核反应堆将会使用新型核燃料。爱达荷国家实验室（简称INL）最近完成了试验燃料设施（简称EFF）中制造设备的第一次成功的测试，这标志着向新型反应堆又迈出了重要的一步。他们完成了贫铀挤压成型——一种迫使它通过模具成型材料的方法。在挤压试验中，贫铀金属的圆筒形坯受到高温高压通过模具后成型。该过程产生的一个更细、更长的结构，适合用作行波堆燃料元件，并进行燃料的持续试验和测试。仍有一些基本的设计问题需要加以解决，如反应堆如何在事故条件下运行的精确模型等。

行波堆的发展前景

Intellectual Ventures 公司认为，在核工业全面复兴和核燃料供应紧张的情形下，行波堆设计沿着这条路走下去一定会吸引更多人的目光。目前已完成原型行波堆堆芯的部分概念设计，计划进入工程设计阶段，有望在2023年前成功建造行波反应堆的原型堆。

有乐观的评论家指出，该项目到2030年有可能实现商业化，但实际情况如何尚不可知，就连盖茨也不能为此担保。但这个领域涌现出的新玩家和竞争对手，却在某种程度上证实了TerraPower至少在"废物利用"这个研发方向上很有可能是正确的。比如通用原子公司就正在研发一个叫做"能量倍增器"（Energy Multiplier）的反应堆模块，其主要燃料构成就是核废料或贫化铀。

行波堆——一个革新理念的先进核电技术，成与否？让我们翘首以待，但愿比尔·盖茨能给世界带来又一次新的革命！