批准使用熔盐冷却剂代替水的核试验工厂是迈向更安全反应堆的一步
2025-09-26 22:31

批准使用熔盐冷却剂代替水的核试验工厂是迈向更安全反应堆的一步

  加利福尼亚的初创公司Kairos Power已经获准在田纳西州建造其Hermes示范反应堆,该反应堆使用熔融氟化物盐而不是水作为冷却剂。熔盐冷却反应堆被认为本质上比水冷反应堆更安全、更灵活、更高效,因为它们在更低的压力下运行。这家初创公司已经获得了核管理委员会(NRC)对试点工厂的授权,这是50年来第一次非水冷反应堆成功通过测试过程,该过程花了近两年时间才完成。Kairos Power首席执行长劳弗(Mark Laufer)说,在我们为明年开始在Hermes工厂施工做最后准备之际,Kairos Power很高兴能实现这一重要的监管里程碑。

  凯洛斯的氟化物盐冷却高温反应堆利用高效灵活的蒸汽循环将裂变产生的热量转化为电能。熔融盐与水冷却剂的不同之处在于,它在大气压力下的高温(~600°C)下仍保持液态。这些熔融冷却剂被认为比水冷却剂更安全,因为盐在没有加压的情况下保持液体状态,温度高达1400°C,而水冷系统在1.5MPa下只能在300°C左右运行。

  压水反应堆在高压下使反应堆堆芯周围的水循环,以防止沸腾,既冷却核燃料,又起到吸收中子的慢化剂的作用,帮助调节反应。核心的水被核裂变加热,然后被泵入热交换器,在热交换器中,一个单独的水源被煮沸,产生蒸汽,为发电的涡轮机提供动力。

  熔盐反应堆通过系统泵入低压液态盐而不是高压水,因此它们可以在更高的温度下运行,从而提高发电时的效率和经济性。然而,这个概念并不完全是新的,因为熔盐反应堆在20世纪60年代就开始运行,但由于预算削减和对核扩散的担忧,它无法继续下去。从那时起,人们研究了几种类型的氟化物盐,用于熔盐反应堆,核能作为低碳能源重新成为人们关注的焦点。美国国家反应堆创新中心(National Reactor Innovation Centre)副主任史密斯(Nicholas Smith)解释说,熔盐具有与水相似的液体特性,你可以用泵抽它,它会通过管道流动,它的热容量真的很好……盐便宜、非常稳定、无毒。

  Flibe是锂和氟化铍的混合物,是橡树岭国家实验室的研究人员为Hermes反应堆定制的。Kairos写道:“美国早期的反应堆开发项目研究和测试了液体燃料熔盐反应堆,积累了丰富的经验和设计信息。”他还补充说,flibe与高温结构材料兼容。此外,Flibe不会被辐射分解,不会与空气或水发生剧烈反应,并且比相同体积的水携带更多的热量。Kairos解释说:“在Kairos Power的反应堆中,不需要提供补充冷却剂,因为冷却剂不会蒸发掉,与水冷反应堆相比,这可以在事故情况下提供更多的冷却能力。”

  Hermes反应堆将使用三结构各向同性颗粒燃料(Triso)鹅卵石——地球上最坚固的核燃料——来加热飞行冷却剂。在这些鹅卵石中,铀燃料被嵌套在一个与网球大小相同的石墨涂层碳化硅结构中。史密斯解释说:“他们使用的是Triso鹅卵石,而不是固体燃料棒,这有安全方面的好处……铀被包含在内——你在那里有另一层固有的防御。”“如果其中一个鹅卵石破裂,大多数裂变产物都可溶于盐中。它们不会像你知道的那样在水系统中逃逸。”

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  Tris核燃料卵石被美国能源部描述为“地球上最坚固的核燃料”。

  该项目得到了美国能源部先进反应堆示范计划的支持,该计划旨在支持美国先进核反应堆的工业发展。这个耗资1亿美元(7900万英镑)的项目预计将于2026年底完成,目标是建立熔盐技术的可行性。虽然这个试点工厂不会发电,但凯洛斯公司有野心建造更大的100兆瓦反应堆,这将有助于脱碳。劳弗说:“我们在东田纳西州及其他地区部署清洁、安全、可靠和负担得起的能源的道路上迈出了一大步。”

  史密斯说:“我很高兴看到凯洛斯项目成功上线并开始发电……并在第一个同类反应堆上取得足够的成功,随后又有新的反应堆出现。”他补充说,熔盐反应堆“不仅为脱碳提供了很多机会,而且还直接利用了发电产生的热量”。

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