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核能开发:激进的核反应堆

核能开发:激进的核反应堆

2013-09-22 09:46:11

  数十年来,在核反应堆设计领域似乎只有一种设计方案占主导地位,而一些潜在的更好选择则被束之高阁。现在,某些可替代性选择再次赢得青睐。

  柯克·索伦森是美国一家备受推崇的核技术初创企业——Flibe Energy的创始人,该公司成立于2011年。将时光追溯到2000年,索伦森当时是NASA的一名工程师,其职责就是探究人类未来在月球殖民地的核能选择方案。偶然的机会,他遇到了一本阐述熔盐反应堆的书——一种可以利用液态核燃料的能源来源。

  索伦森说,这一想法听起来很荒诞。他之前所听说的所有核反应堆都是采用固态铀燃料——起始于目前在核能工业中占主导地位的轻水反应堆。但该书指出,早在30年前美国橡树岭国家实验室已经演示了熔盐技术——液态铀或者液态含铀燃料具有一些主要优点。熔盐反应堆将不会受到灾难性关闭的影响,如熔盐反应堆不产生掺有钚和其他半衰期较长的放射性同位素的核废料,而是几乎能将这些放射性同位素完全毁掉。

  索伦森说,人们发现熔盐反应堆的优点越来越多:与轻水反应堆相比,这种设计思路“具有巨大的潜力,能以一种非常简洁的方式解决核能所遇到的几乎所有问题”。让他感到纳闷的是,“既然如此,为什么我们没有首先采用这种设计方案呢”?

  在过去数十年间,很多人都一直在提出上述疑问。人们质疑目标的不仅仅是熔盐反应堆——由于在美国研究计划内诸多激烈争执的待议事项,1976年摈弃了该方案。然而,在第一次商业化核反应堆大潮中,熔盐反应堆只是被搁置的多种可选择方案之一。其他技术包括:同样可以燃烧核废料的“快反应堆”,能够为工业提供零碳排放热量,从而有助于大幅减少温室气体排放量的高温反应堆等。总体来看,这些替代性技术能够消除核能的大部分甚至全部缺点。但在过去数十年间,由于议事日程的多变和经费资助力度的限制,它们却只得到研究人员断断续续的关注。

  现在,上述情形可能正在发生改变。十年来,人们对于核安全和零碳能源的需求,已经激发了各国政府对替代性核技术的兴趣。乐观主义者认为,日本福岛核事故的影响,终将促进更具安全性的替代性核反应堆的市场。例如,新兴的Flibe Energy正在致力于商业化熔盐反应堆,而一些工业界巨头如通用—日立核能公司也正在开发商业化快反应堆,这些公司希望已经做好了准备。

  重新让上述技术获得新生并非是一件容易或者能速成之事。虽然其基本设计数十年前已经完成,但工程师们希望将其投入实际应用就必须开发一些新东西,如抗辐射材料、更高效率的热机和经过改进的安全系统等,然后必须向监管机构证明这些系统能够正常工作。马萨诸塞州剑桥科学家关怀联盟高级全球安全分析师艾德温·黎曼说:“核能是一件艰辛工作。它昂贵、进展缓慢,且具有高风险,因为必须将安全性作为一个因素。”

  但那些相关人员共同拥有一个信念:即未来核工业的最佳希望在于悔改其过往之错。正如索伦森对摈弃熔盐反应堆之事所指出的那样:“没有人曾说过‘噢,也许我们犯了一个错误’;也许我们应该重新回头,再次回到那个决定。”

  首个并非是最好的

  轻水反应堆赢得主导地位并非是因为它们是最好的,而是因为这是第一种反应堆。

  上世纪40年代,作为一种紧凑的能源来源,轻水反应堆最初被开发用于船舶和潜艇上;到了50年代,当时美国通过创立商业化的核能工业,以寻求在原子能领域扮演一副和平的面孔,因而这种设计被采用并获得加速发展。“轻水”是普通的H2O,它们流经反应堆芯,吸收热量,并将热量循环到常规涡轮机中,进而将热能转化为电能。

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