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熔盐反应堆
固体反应堆燃料的一大优势在于其可预见的几何形状。而一大劣势是这种反应堆的复杂性。从中子轰击的强度、核分裂产物的分布到燃料晶体结构的辐射损伤,一切都不断变化。这一直让设计师头疼,因为要竭力确保反应堆能稳定运行,并试图说服调试者,即使是在最危机的时刻都不允许燃料的任何部分裂成临界质量。
但要到燃料变成液体时,所有的问题才能迎刃而解,这也是美国早在20世纪60年代在橡树岭开发熔盐反应堆的主要原因。作为核燃料,“熔盐”通常是指四氟化铀。在操作温度下的液体状态会与氟锂铍混合,成为氟化锂和氟化铍的混合物四氟化铀。它起到冷却剂的作用。“就像一口锅——体积巨大,没发出声音的大锅”,福斯贝里说。“你将燃料扔进去,混合到一起,但所有成分却根本不会发生变化。”
索伦森说,液体燃料还有一大优势,“燃料没有彻底消耗完就不必从反应器中移除。”相反,这种燃料会通过一个外部回收装置循环利用,持续提取核裂变产物,保证燃料安然无恙。索伦森称,设计师还想出一种很妙的方法保证其安全性,在该反应器底部留有一孔洞,可插入一块固体燃料,通过制冷单元来保持它的固体状态。如果反应器在紧急情况下断电,制冷程序会马上停止。插入部分将会熔化,燃料会安全地流入地下储存罐。最后,熔盐设计可以适用于多种燃料,从传统的铀到原始核废料或钍都能应用。钍的储量大概比铀多三倍。
对于这一切而言,沉寂四十年后复苏熔盐反应堆是一项艰巨的任务。索伦森说:“我们必须重建一个基本上已完全消失的知识库。”他创立了Flibe能源公司。目前,该公司正在开发一个40兆瓦的反应器,或许会用在军事基地,让这些基地能独立于电网运行。
2011年9月,福斯贝、彼得森、麻省理工学院的胡林文和威斯康星大学麦迪逊分校的核工程师托德•阿伦参与了一个为期三年的美国能源部资助核研究项目,做项目的负责人。这个项目在通往熔盐反应堆的道路上又向前迈进了一步:氟化铍(FliBe)冷却式高温反应堆。彼得森说:“没人建过盐冷却式固体燃料反应堆。”倘若这个项目开始运作,反应堆的堆芯会比其他设计小4至5倍。由于盐的良好稳定性,这个反应堆的温度总是比破坏极限的温度低几百度。
彼得森说,尽管“估计会消耗大量的资源”,未来十年内公司还是会一座建用于测试的反应堆。这是个大胆的设想。由于金融危机,所有先进的核反应堆此后的融资都困难得多。此外,科拉迪尼指出,美国突然发现丰富的页岩气,他认为,“在美国,化石燃料廉价已经使一些清洁能源工程建设不断推迟,不仅限于核能项目”。
华盛顿核能研究所政策发展贸易组织总监保罗•吉尼亚也很有远见。他说,“开头我们先做了轻水反应堆”,接下来,二十一世纪二十年代会出现更安全的先进轻水反应堆,紧接着就是进一步减少碳排放的高温反应堆,“然后我们就建个快堆来消耗掉这些核废料。”
吉尼亚认为,熔盐反应堆还有很多未知因素,但值得开发。有些甚至变数更大的项目正在研究。其中值得一提的是加速驱动反应堆,它通过使高能粒子加速器的中子推动裂变反应,可用钍元素做燃料,且关掉加速器便可立即关闭反应堆。
但是,核能真的会进一步发展吗?事实上,业内人士看到了乐观的理由。特别是他们认为,如果气候变化造成越来越明显的后果,就会迫使政府设定碳价格。吉尼亚说,即使是福岛那场核灾难,也可能刺激新的核能技术发展,“但也确实给人们带来了恐慌,而且对核能的安全性更加担忧”。吉尼亚还说,可是,因为人们看得更清楚,“他们就会说,喂,这些都是建了30年的老工厂”,那时候,智能化的新型核工厂看来吸引力会大得多。
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