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科技创新

核能新发展 荷兰完成熔盐核燃料测试

来源:环宇视展2019-10-27 05:461009

荷兰核研究谘询集团(NRG)已完成首次熔盐核燃料辐射测试,这是的新核能反应炉的重大里程碑。他们是在阿姆斯特丹北面60 公里,佩滕(Petten)的高通量反应炉(high neutron flux reactor)完成试验的。这是自1960年代,美国田纳西州橡树岭国家实验室的同类测 试后,多年来的首次熔盐式核燃料实验,其目的是进一步了解未来熔盐反应炉(MSR)的安全操作。

荷兰皮滕的高通量反应炉,正在进行熔盐反应炉的一系列试验,从辐射试验开始,到燃料的物理性质、合金耐蚀程度的研 究,这是在为未来的熔盐反应炉的建造,打下技术基础。(图/NRG)

新阿特拉斯(New Atlas)报导,MSR反应炉其实问世的很早,早在1950年代和60年代时,美国就已经完成设计并且开发出原型,它在许多重要方 面与现行的常规轻水式核反应炉不同,这使它们有可能成为更安全、更高效的替代品。

虽然轻水反应炉和MSR其实都依循相同的核分裂原理工作,但它们的工程设计却截然不同。在轻水式反应炉里,核燃料是覆着锆合金护套的铀 238与低浓度235,它们以热中子来反应反应炉里都是普通水,这些水既可以充当反应器的减速剂,又可以担任冷却剂。当中子撞击铀原子时, 它们会分裂成两个轻质原子,在这过程中就会释放一点点能量,只要反应持续,成为连锁反应,释放更多中子,就能持续发热。在这个过程中 ,水减慢中子的速度来缓和反应,增加中子撞击原子的机会。

这个系统已经使用了60多年,是现行最主要的核反应炉,儘管它在公眾中享有盛誉,在所有主要能源中,每千瓦的安全记录都是最好的。然而 ,轻水反应炉里的水,必须保持在非常高的压力和温度下,这是个缺点,也是2011年福岛核灾的致命伤,一但水份流失,高热的核燃料会熔化 ,一但掉到炉底,就称为炉心熔毁。

至于熔盐反应炉就不会有类似的问题,熔盐炉的燃料与盐,盐代替水做为减速剂,并且与核燃料混合在一起,盐已被加热到像液体一样融化和 流动的程度,这大约是在几百甚至几千度之间。这样的炉子没有燃料棒,但是仍有石墨棒来减速,它起缓和剂作用,并控制反应的强度。

儘管熔盐反应炉从未发展成实用的商业发电厂,但在世界各地的各个核能中心,都对熔融盐反应炉寄与厚望,因为这种炉子的核燃料取得更容 易,除了铀以外,也能使用钍,而钍是比铀还要丰富的元素。并且它还能直接使用现行的用过核燃料(俗称核废料),也就一劳永逸的解决耗乏 燃料问题。

此外,熔盐反应炉还有一个明显好处,就是无需关机即可重填燃料。现行的反应炉需要关机,先把反应停止后,才能抽出旧燃料,再装填新燃 料,在这段更换燃料的过程中,核电厂无法供电。相对的,熔盐反应炉可以在持续运转时就填入新鲜的熔盐燃料。这是因为它们是在较低的压 力下运行,在常规压力下打开反应炉不会有事。并且不产生蒸汽或潜在爆炸性的氢气,也就杜绝了福岛核事故的原因。

讲了这么多好处,那又为什么它发明了几十年,却没有商业应用呢?因为它也有许多缺点。首先是熔盐式燃料,它不仅很热,而且具有腐蚀性 ,1960年代的实验反应炉,就是因为熔盐燃料伤害了反应炉才停止实验,然后全力研发轻水式反应炉的。

但是,现在的材料科技又胜于50年前,因此,熔盐反应炉的相关研究又回来了,NRG正在进行一系列辐射测试,以了解熔盐核燃料的影响。据 该公司称,这项研究始于2015年的SALIENT-01实验,当前的工作包括反应炉材料的研究,以及熔盐燃料的加工和提纯。

目前研究是在辐射测试,包括研究在放射性环境中,熔盐燃料要是冷却到接近室温时,会发生什么事,明年就会进行反应炉合金的腐蚀测试, 以确定哪一种合金可以有效抵抗熔盐燃料。

除了荷兰,英国也有熔盐炉的研究,一家小型核能公司莫尔泰斯能源(Moltex Energy)通过眾筹投资网站Shadow Fundr,筹集了600万英镑 (2.3亿新台币)的研发经验。该公司将可在加拿大开始预定可程序,在英国开展进一步的业务,他们将自己的熔盐炉称为稳定融盐反应炉 (SSR)。

该公司表示:「当替代燃料价格便宜时,包括煤炭与天然气,这样的化石燃料将最终被取代。零碳是重要目标,但电价也必须便宜,核能就能 达成这个目的。 」

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