新核能 美国田纳西州试建熔盐石床式反应炉

田纳西技术场是美国核技术实验重镇。(图/橡树国家实验室)

美国田纳西河管理局(TVA)和卡洛斯能源公司(Kairos Power)宣布,将在橡树岭(Oak Ridge)的东田纳西技术场(East Tennessee Technology Park,ETTP),建造「赫密士」示范型低功率熔盐卵石反应器(Hermes low-power demonstration molten-salt cooled),这属于第四代核能

新阿特拉斯(New Atlas),在气候变化的迫切压力,和反对化石燃料已逐渐成为共识情况下,核电正变得越来越有吸引力,也有新的电厂提出建造,但是,这并不是1950年代大型压水炉的复兴,而是新一代的核能技术。这些新核能不追求高功率,而是寻求小型、易部署、可自动停机安全系数更高。

卡洛斯能能源公司解说的卵石床反应炉,核反应器在最左边,其他的热能交换设备都不进入炉心,比以往的核反应炉简单的多。(图/kairospower)

比如(TVA)和卡洛斯能能源公司的「赫密士」就是一例,它是一种卵石床反应炉(Pebble bed reactor,PBR),与现在的压水炉(PWR)、沸水炉(BWR),略有不同。

常规的压水炉、沸水炉中,浓缩铀核燃料柱状模式进入炉心,由控制棒来控制反应效率,另有循环水在反应炉内部,既把热量带走推动涡轮,也减慢中子速度,以维持反应。

至于卵石床反应器中,燃料棒被替换为网球大小的球体,每个球体是由浓缩铀与石墨(充当慢化剂)组成,再包覆于陶瓷中。这样的燃料球做了数千个放入反应炉内,这样它们不需要控制棒,就可以在高温下维持核反应。还有一个巨大不同,那就是卵石床反应器不用水为循环物,而是填充氦、氮或二氧化碳气体做为冷却与循环,由气体的高温来推动涡轮发电

尽管卵石床反应炉的概念,从1947年就已经存在,好处是原理简单,而且可以自我调节,但是仍有许多技术障碍需要克服,因此目前的卵石床反应炉都属研究型或是原型设计,尚未成为商用化电厂。(据大陆的说法,山东威海的「石岛湾核电厂」,已经达成商业运转,它的功率195百万瓦,是全世界第二座可长时间运行的卵石床式。)

「赫密士」是一座示范炉,它与前述的卵石床炉又有一些不同,不用气体冷却式,改用氟化物熔盐代替气体。理由是气体的膨涨率太高,要是反应压力过高就必须泄压,气体冷却式就会逸散具辐射物质的气体。而氟化盐的温度范围超过1,000°C,要是面临泄压问题,它只会缓慢流动,不会造成周遭环境的多余辐射。另外,它们化学性质稳定,不用高压安全壳结构也能运行,要是反应堆发生故障,也可通过自然循环保持炉心冷却。

赫密士使用的是浓缩铀9.75%的燃料石,在585°C的工作温度产生140 百万瓦时的电力