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核能開發(fā):激進(jìn)的核反應(yīng)堆

核能開發(fā):激進(jìn)的核反應(yīng)堆

2013-09-22 09:46:11

  數(shù)十年來,在核反應(yīng)堆設(shè)計領(lǐng)域似乎只有一種設(shè)計方案占主導(dǎo)地位,而一些潛在的更好選擇則被束之高閣?,F(xiàn)在,某些可替代性選擇再次贏得青睞。

  柯克·索倫森是美國一家備受推崇的核技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)——Flibe Energy的創(chuàng)始人,該公司成立于2011年。將時光追溯到2000年,索倫森當(dāng)時是NASA的一名工程師,其職責(zé)就是探究人類未來在月球殖民地的核能選擇方案。偶然的機(jī)會,他遇到了一本闡述熔鹽反應(yīng)堆的書——一種可以利用液態(tài)核燃料的能源來源。

  索倫森說,這一想法聽起來很荒誕。他之前所聽說的所有核反應(yīng)堆都是采用固態(tài)鈾燃料——起始于目前在核能工業(yè)中占主導(dǎo)地位的輕水反應(yīng)堆。但該書指出,早在30年前美國橡樹嶺國家實驗室已經(jīng)演示了熔鹽技術(shù)——液態(tài)鈾或者液態(tài)含鈾燃料具有一些主要優(yōu)點。熔鹽反應(yīng)堆將不會受到災(zāi)難性關(guān)閉的影響,如熔鹽反應(yīng)堆不產(chǎn)生摻有钚和其他半衰期較長的放射性同位素的核廢料,而是幾乎能將這些放射性同位素完全毀掉。

  索倫森說,人們發(fā)現(xiàn)熔鹽反應(yīng)堆的優(yōu)點越來越多:與輕水反應(yīng)堆相比,這種設(shè)計思路“具有巨大的潛力,能以一種非常簡潔的方式解決核能所遇到的幾乎所有問題”。讓他感到納悶的是,“既然如此,為什么我們沒有首先采用這種設(shè)計方案呢”?

  在過去數(shù)十年間,很多人都一直在提出上述疑問。人們質(zhì)疑目標(biāo)的不僅僅是熔鹽反應(yīng)堆——由于在美國研究計劃內(nèi)諸多激烈爭執(zhí)的待議事項,1976年擯棄了該方案。然而,在第一次商業(yè)化核反應(yīng)堆大潮中,熔鹽反應(yīng)堆只是被擱置的多種可選擇方案之一。其他技術(shù)包括:同樣可以燃燒核廢料的“快反應(yīng)堆”,能夠為工業(yè)提供零碳排放熱量,從而有助于大幅減少溫室氣體排放量的高溫反應(yīng)堆等。總體來看,這些替代性技術(shù)能夠消除核能的大部分甚至全部缺點。但在過去數(shù)十年間,由于議事日程的多變和經(jīng)費(fèi)資助力度的限制,它們卻只得到研究人員斷斷續(xù)續(xù)的關(guān)注。

  現(xiàn)在,上述情形可能正在發(fā)生改變。十年來,人們對于核安全和零碳能源的需求,已經(jīng)激發(fā)了各國政府對替代性核技術(shù)的興趣。樂觀主義者認(rèn)為,日本福島核事故的影響,終將促進(jìn)更具安全性的替代性核反應(yīng)堆的市場。例如,新興的Flibe Energy正在致力于商業(yè)化熔鹽反應(yīng)堆,而一些工業(yè)界巨頭如通用—日立核能公司也正在開發(fā)商業(yè)化快反應(yīng)堆,這些公司希望已經(jīng)做好了準(zhǔn)備。

  重新讓上述技術(shù)獲得新生并非是一件容易或者能速成之事。雖然其基本設(shè)計數(shù)十年前已經(jīng)完成,但工程師們希望將其投入實際應(yīng)用就必須開發(fā)一些新東西,如抗輻射材料、更高效率的熱機(jī)和經(jīng)過改進(jìn)的安全系統(tǒng)等,然后必須向監(jiān)管機(jī)構(gòu)證明這些系統(tǒng)能夠正常工作。馬薩諸塞州劍橋科學(xué)家關(guān)懷聯(lián)盟高級全球安全分析師艾德溫·黎曼說:“核能是一件艱辛工作。它昂貴、進(jìn)展緩慢,且具有高風(fēng)險,因為必須將安全性作為一個因素。”

  但那些相關(guān)人員共同擁有一個信念:即未來核工業(yè)的最佳希望在于悔改其過往之錯。正如索倫森對擯棄熔鹽反應(yīng)堆之事所指出的那樣:“沒有人曾說過‘噢,也許我們犯了一個錯誤’;也許我們應(yīng)該重新回頭,再次回到那個決定。”

  首個并非是最好的

  輕水反應(yīng)堆贏得主導(dǎo)地位并非是因為它們是最好的,而是因為這是第一種反應(yīng)堆。

  上世紀(jì)40年代,作為一種緊湊的能源來源,輕水反應(yīng)堆最初被開發(fā)用于船舶和潛艇上;到了50年代,當(dāng)時美國通過創(chuàng)立商業(yè)化的核能工業(yè),以尋求在原子能領(lǐng)域扮演一副和平的面孔,因而這種設(shè)計被采用并獲得加速發(fā)展。“輕水”是普通的H2O,它們流經(jīng)反應(yīng)堆芯,吸收熱量,并將熱量循環(huán)到常規(guī)渦輪機(jī)中,進(jìn)而將熱能轉(zhuǎn)化為電能。

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