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这件事情实现起来并不容易,主要依靠上图TWR的构造中的堆芯的设计,也就是数字3标注的地方。
过去核反应堆中的核燃料是铀235。铀235是铀(Uranium)元素里中子数为143的放射性同位素,是自然界至今唯一能够裂变的同位素。铀235裂变过程中质量会变轻,根据爱因斯坦的质能方程可知,这个过程一定也会伴随着能量产生。
可惜唯一能够裂变的同位素铀235在天然铀中含量是最低的,只有约0.7%,大量的是铀238。过去核电反应堆的堆芯利用完铀235后,剩下的大量的铀238被作为废料处理,但铀238也具有放射性,因此核废料后处理对时间、地点都有很高的要求,不仅要花很多钱,而且还有高风险存在。
铀238也不是完全不可能被利用,用快中子轰击铀238,铀238就可以变成钚239,钚239是能够裂变的,产生大量能量。
所以,泰拉能源的TWR堆芯,中间是少量的浓缩铀235,外围是铀238,铀235可以理解为一个点火器,他裂变之后,产生的快中子轰炸外围的铀238,生成钚239,钚239裂变产生能量。
泰拉能源公司的“行波堆”采用具有400多堆年运行经验的钠冷快堆来实现。金属铀合金燃料,包壳与堆芯结构材料HT-9,蒸汽驱动朗肯循环发电。
泰拉能源公司的目标是在2020年前后制造出一台600MW的TWR反应堆模型。
想象中的采用TWR反应堆的核电站技术难点:
铀原子在堆内裂变时释放的粒子即中子损坏反应堆的金属部件。在现在的反应堆内,这个问题是可控制的,因为燃料停留在原位不动不超过六年,能经受得住中子的轰击;而假定泰拉能源的燃料要停留在原位30年不动,对材料的考验更大。物理学家、泰拉能源公司技术开发主任凯万˙韦弗(Kevan Weaver)说:“中子把一个原子击出晶格,留下一个空穴;于是空穴合并形成空隙,而后使部件肿胀。”
目前进展:
已有TWR模拟装置;
此外,核燃料外层覆盖物以及反应堆管道需要用特种钢HT9,目前已经找到供应商;完成多次针对HT9钢材的化学和物理实验。
这就是用于TWR反应堆管道的HT9钢材尽管泰拉能源在其官网介绍了这种技术的多种优点,比尔-盖茨也一直在对外推销TWR技术,而且从原理上看,行波快堆的确具有多种优势:比如核废料后处理的问题得以解决;不再需要大量的浓缩铀,因此可以更加严格一点儿限制浓缩铀技术扩散;铀238燃料大量存在,核燃料瓶颈不再突出,但是核电行业的人大部分还是觉得这事儿只是理论可行,现实中实现起来太困难了。
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