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从Terrapower的原型机设计图来看,原型机将使用金属钠作为冷却剂,有随时可以插入反应堆停止裂变的控制棒,还配备了辅助冷却系统以防意外。
Terrapower的行波堆原型机设计图(图片来源Terrapower官网)
光从设计图来看,TWR似乎也没有什么太过于特别之处,那么难点到底在哪里呢?
首先是包壳材料,一般目前能获得最好材料的dpa(displacements per atam 一种描述材料抗辐射强度的单位)为100多,而行波堆要求可能要在500dpa左右,这对包壳材料的强度是个巨大考验,甚至有没有理论上的可能都是有争议的。
其次是冷却剂的负反馈机制,对于金属钠来说,只可以用于小反应堆(功率小于100MW),而对于大型反应堆,金属钠的做出的是正反馈,也就是说一旦出现问题,金属钠会推波助燃让核反应更加剧烈,直至炸堆。而对于其他冷却剂也存在着各种问题,比如,使用氦气的气冷堆会有很严重的漏气问题,而带有放射性元素的氦分子一旦泄露,对环境的危害是极为严重的。
解决这些问题需要人类的智慧和无穷的想象力,然后再去不断地理论计算和实验论证。比如,包壳的强度如果达不到要求可以用更换包壳的方式来折衷完成,在AI和工业自动化日益成熟的今天,这未必就是不可能完成的任务。而关于冷却剂的选择,也许可以套用英国独立科学家詹姆斯?洛夫洛克(James Lovelock)在他1998出版的《The Ages of Gaia》中的一句话:“核裂变反应就像一团诡异的火焰,越浇水烧的越好。”
按照比尔?盖茨的说法,大约2025年会出现原形堆,而到了2050年将有可能彻底取代地球上的所有火电,实现发电“0”碳排放。在最新接受《麻省理工科技评论》的独家采访时,他提出了行波堆的实验堆最有可能建在中国。大家可以拭目以待,看看增值燃料反应堆能不能在一百年里从理论真正走入应用,同时看看TWR能否在众多竞争对手中独领风骚。以下视频是比尔?盖茨2010年的TED演讲。
不怎么靠谱的ITER(国际热核聚变实验反应堆)
严格来说,地球上的能量目前大多都来自于核聚变,因为太阳之所以耀眼是因为它本身就是一座熊熊燃烧的核聚变炉。可惜的是核聚变在地球上目前唯一的成功应用只有氢弹。虽然如果用作发电,核聚变相较于核裂变具有太多的优势:安全性高(反应不维持就会停止)、核废料半衰期极端(泄漏时危害小,废料处理成本低)、原料易获得(从水中来)等,遗憾的是聚变核电迄今为止,甚至都没有实验室成功的例子。
那么人类做到哪一步了呢?
目前为止可控核聚变已经成为可能,但是用于引发和控制核聚变的输入能量要大于核聚变本身放出的能量,暂时还是个亏本买卖。为了将核聚变发电真正变为可能,2006年由欧盟为主办方,外加美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度六个国家草签了一系列协议,最终开始了这个人类史上除了国际空间站以外最烧钱的科研项目——国际热核聚变实验反应堆项目(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)。这个项目当时的估计是进行三十年,总耗资100亿欧元。
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