小型核反应堆解析开启核能新时代-北极星核电网

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据报道，美国一位18岁的少年泰勒-威尔逊，不久前在美国加利福尼亚州举办的科技、娱乐、设计（TED）大会上展示了自己设计的小型核反应堆。他设计的小型核反应堆功率为50—100兆瓦，足够10万户家庭使用，有望将旧原子武器中的废料转化成民用能源，供应民用和商用，甚至在太空中使用。

法新社援引威尔逊的话报道，这种反应堆可在流水线上生产，以核武器中熔融的放射性物质为动力。这种可以运输的小型模块反应堆，密封入足够燃料后，能够持续作用30年。

威尔逊设计的小型核反应堆，用气体而非蒸汽驱动涡轮旋转，意味着反应堆系统的温度低于传统核反应堆，一旦出现缺口，不会喷出任何东西。此外，反应堆的燃料是熔盐，不需要增压。这使得小型核反应堆更加安全。

威尔逊计划5年内将他发明的反应堆推向市场，他认为“这不仅是为了对抗气候变化，还能给发展中世界带来能源”。

什么是小型核反应堆

国际原子能机构（IAEA）将小型核反应堆定义为发电功率小于300兆瓦的核反应堆动力装置，简称小型堆。发电功率在300—600兆瓦间的被定义为中型反应堆，两者可以统称为中小型核反应堆，英文简称SMR（SmallandMedium-sizedReactors）。

采用模块化设计、设备系统模块化工厂预制和现场模块化组装建设的小型堆，称作模块化小型堆，英文简称也是SMR（SmallModularReactors）。有时候，SMR这两种定义会被混淆。

随着全球核电发展，越来越多的国家开始关注小型堆的应用。IAEA表示，将鼓励发展和利用安全、可靠、经济上可行的中小型反应堆。事实上，小型堆得到国际重视和集中研发始于本世纪初期，但在上世纪五六十年代，中小型堆的运用已经开始了。其间，除了早期的研究实验堆以及标准的核电站以外，还建造了数百台的小型堆用于海上舰船的推进动力系统。可以说，小型堆的研发和建设已经积累了大量的工程技术经验。

据IAEA的最新统计，目前全球正在运行的中小型堆共计132座，其中中型堆106座，小型堆26座，正在建造中的有13座。拥有中小型堆的国家有28个，所有这些中小型堆的总容量为5.71万兆瓦，累计运行经验达5082堆年。

小型核反应堆的特点

IAEA在分析了各国已研发和正在研发的小型堆后，对这种堆型的特点进行了评估总结。IAEA认为，小型堆在安全性、经济性、核不扩散能力以及无需现场换料的能力方面，具有较大的优势。

在小型堆的设计中，为了保证反应堆的安全性，几乎所有的小型堆都在寻求加强自身的固有安全性，并专门设置具有非能动特征的安全系统，即非能动专设安全设施。这些堆型共同的特点在于较强的非能动余热排出能力和更低的堆芯功率密度。此外，小型堆的设计目标还着重于从根源上消除事故的发生，例如，通过取消一回路主管道，从而消除反应堆冷却系统失水事故（LOCA）。这些措施有助于简化核电厂的系统，使电厂达到更高的安全级别，并且在遇到紧急事故时，可以有效的减少场外应急措施和人为干预。

IAEA建议，在小型堆的设计过程中，应该更多的考虑到小型堆的经济性，从而提高与其他能源以及大型反应堆的竞争力，从而更有利于小型堆在日后的推广，有力开辟小型堆独特的市场。其中包括：简化系统，或者利用非能动系统和自动运行设备，削减运行和维修过程中的成本；缩短建造周期、减少土建成本，尽早得到投资回报；如果尚不具备具体的厂址条件，设计可利用参数的包络性，在前期进行标准设计，从而达到尽早通过设计审核的目的；通过设计标准化与产品系列化，统一结构和系统，达到规模化生产；模块化建造缩小投资风险。

在设计中，应更多的考虑小型堆核不扩散的能力。进而在国际上大力推广小型堆的同时，又能保证供应的核燃料不被用于军事用途。核不扩散能力主要依靠的是在设计中，通过技术方式、运行模式和外部特征，预防在未经允许的情况下，挪用核燃料的行为。IAEA期望，通过小型堆的推广，一方面解决一些国家，尤其是发展中国家的能源问题，同时又能保证这些核燃料不被用于核武器等军事用途，即在和平利用原子能的方针下，使核不扩散协议得到有效可靠的执行。

在小型堆的发展过程中，IAEA建议部分小型堆可以根据自身特点和实际情况，设计成为无需现场换料的小型反应堆（SmallReactorswithoutOn-siteRefuelling），又称为电池式反应堆。无现场换料小型堆面对的主要是本国核燃料循环和废物处理技术尚不成熟，或者不愿意承担建设较为高昂的燃料供应循环体系的国家。采用了这种反应堆可以通过将整套燃料循环服务外包的方式，寻求到一种较为简洁方便的换料方式。

小型核反应堆发展现状

IAEA曾对小型堆的发展进行过预测，估计在2030年全球将建设43—96座小型堆。根据技术种类进行划分，小型堆可以分为四种形式，即轻水堆、高温气冷堆、液态金属反应堆和熔盐堆。

轻水堆在现有的小型堆设计中，最为常用的技术是轻水堆。这主要是因为数十年安全运行轻水堆的经验，使得这种反应堆在安全性能方面更具保障性。在核蒸汽供应系统的设计方面，大部分的技术都采用了“一体化”压水堆设计，即将一回路的设备全部集中布置于压力容器内；也有少数几种型号的反应堆，选择将蒸汽发生器或者蒸汽发生器的一部分（如汽水分离器）放置于压力容器外。

此外，随着西屋公司的AP1000非能动安全系统的面世与成功推广，“非能动”的理念也深入贯彻到了现有的小型堆设计中。在经济性方面，轻水堆也以较低的初始投入与较少的投资总额受到发展中国家，尤其是不发达国家的青睐。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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