液态纳(美国公司扎堆研发新一代核反应堆)

Posted 2023-06-01

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在美国华盛顿州，距离拥堵的90号州际高速公路一步之遥的贝尔维尤，比尔·盖茨创立企业泰拉能源正在进行旨在建造下一代核反应堆的测试。

据美国媒体11日报道，这个占地不到1000平方米的实验室正在开发的技术，可能会推动全球电网的发展。

多年来，从美国三里岛到乌克兰切尔诺贝利再到日本福岛安全事故，加之长期以来人们对核废料储存的担忧，核能一直名声不佳。从经济因素考虑，部分得益于水力压裂法，天然气发电厂的建设和运营成本要低于核反应堆。为了扭转这一趋势，泰拉能源的150名员工正在研究解决核安全、废物处理和运营成本问题的技术。

行波反应堆

泰拉能源研究的一项技术被称为行波反应堆。行波反应堆不是完全依靠浓缩铀，而是利用贫铀(核废料)作为燃料。在开始使用浓缩铀并得到废料贫铀之后，技术人员会将贫铀转化，然后在反应堆中一次性使用。这样一来，这些反应堆就可以利用贫铀继续运行几十年。

行波反应堆利用液态钠作为冷却剂，将热量从反应堆中转移出来，用以驱动汽轮机。行波反应堆的支持者认为，这些反应堆比传统的水冷反应堆更安全，因为它们在较低的压力下运行，不容易发生像切尔诺贝利那样的燃料散射爆炸。

早在几十年前，行波反应堆的概念就已存在。一些专家表示，使用液态钠“极具挑战性”，因为有可能发生泄漏，而且这种材料具有很高的化学反应活性。但泰拉能源的工程师说，他们的新材料技术足以支持他们正在开发的反应堆的“一次性”操作。

“我们利用了先进物理理论，现代计算能力使这些理论成为可能。实际上，所有这一切只是在过去10年到15年才实现的。”泰拉能源总裁兼首席执行官莱维斯克说。

公司位于贝尔维尤的实验室致力于让新型核反应堆的电脑模型通过真实测试。实验模型包括全尺寸的燃料棒和一个两层楼高的燃料组装试验台，但不使用实际的反应燃料。测试棒由不锈钢制成，测试台使用电力来测量硬件上的操作压力。

实验室设施经理莫里斯表示，实验室的辐射水平仅略高于背景辐射(也称本底辐射，是辐射安全与防护领域的概念)。“你从这里飞到华盛顿特区，受到的辐射也会比在实验室待一周受到的辐射大。”莫里斯说。

熔融氯盐快堆技术

除了行波反应堆，还有一种被称为熔融氯盐快堆的技术，使用熔融盐作为冷却剂和燃料介质，后者的技术没有那么先进，但有望提高效率和经济效益。

总部位于亚特兰大的泰拉能源南方公司正在与包括橡树岭和爱达荷州国家实验室在内的合作伙伴进行一个熔融氯盐快堆的开发项目，该项目得到了美国能源部4000万美元的成本分担奖的支持。

目前，该公司的行波反应堆和熔融氯盐快堆项目共用着贝尔维尤实验室，但未来，熔融氯盐快堆项目的大部分工作将在华盛顿州埃弗雷特一处占地7000多平方米的新设施中完成。

8月初，泰拉能源宣布，它已经在一个等温回路上进行了1000小时的连续操作，这个等温回路的设计目的是测试熔盐在反应堆中流动时，会如何影响部件。成功的循环实验代表建立一个完整的综合效果测试平台的第一步，该平台将有助于示范反应堆申请到许可证。

下一步，在埃弗雷特的测试设施中，工程师们将使用兆瓦的电力来模拟核反应产生的热量。

据报道，泰拉能源并不是唯一一家寻求《核能领导法案》支持的公司：通用原子公司、美国核能转换公司、美国全面能源和美国努斯凯尔电力公司也正在开发下一代核反应堆概念项目，其中，努斯凯尔电力公司已计划在爱达荷州国家实验室建造一个示范反应堆。

新一代核反应堆

新技术研发：泰拉能源的10年研发加上与美国能源部国家实验室进行的广泛研究。

行波反应堆：技术人员在反应堆中一次性使用贫铀作为燃料，反应堆利用贫铀继续运行几十年。

新材料：液态钠作为冷却剂，将热量从反应堆中转移出来，用以驱动汽轮机。

控制辐射：实验室的辐射水平仅略高于背景辐射。

造价昂贵：建造下一代核反应堆需要数十亿美元。建造一个示范反应堆的总成本为30亿美元。

熔融氯盐快堆：熔融盐作为冷却剂和燃料介质，有望提高效率和经济效益。

链接：

部分参议员曾提出“核能领导法案”，为下一代核电站提供联邦资金。该法案呼吁能源部在2025年前建立两个先进的核电示范项目，并在2035年前再建立五个。不过，该法案尚未得到参众两院的批准。