第四代核:我们能否解决剩余的核问题?

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更新于: 2020年12月14日13:25:24 格林尼治标准时

在上一章,我们了解到核能有四个根本问题:

  1. 核废料
  2. 核爆炸
  3. 高成本
  4. 施工时间长

我们将使用此策略来评估各种想法:

简单的方案:建造小型模组式反应堆

如果我们不是在现场建造大型反应堆,而是在工厂批量生产较小的组件并将其运送到需要的地方会怎么样办? 它们可以在一个国家决定购买后很快备好安装。 这些反应堆称为小型模块反应堆(SMR)。 它们是“模块”,因为多个小型反应堆(称为“模块”)可以在该站点合并,提供与常规大反应堆相同的功率:

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小型模块化反应堆

模块在一个国家决定购买后就会准备好可以直接安装。

小型模块化反应堆使用铀和水,像常规的反应堆一样。 然而,许多小型模块化反应堆的设计能够被动冷却,意味着停电不会造成核熔化和爆炸

第一座小型模块化反应堆已经启用,还有更多也正在建造中或在申请执照阶段。预计大约在2030年时可以全面地商业化

不幸地,小型模块化反应堆仍有核废料的问题 ,因为它们用的是常规的核燃料

更有效率 - 熔盐反应堆(MSR)

我们在上一章讨论的反应堆是使用水来作冷却器(用来释放能量) 和缓和剂。 熔盐 反应堆(MSR) 改用熔盐作为冷却剂。 熔盐真的就如它听起来那样 - 是液态的盐

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熔盐反应堆

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熔盐反应堆

为什么是熔盐?

  1. 高温: 常规水为基础的反应堆只能产生最高 300°C的温度。熔盐反应堆可以达到 850°C。这提高了热动力效率,从而提高了燃料的使用率,并允许熔盐反应堆提供热量给目前由化石燃料供应的高温工业流程
  2. 高效率: 熔盐反应堆的燃料效率比水基反应堆高出30%,这意味着同一功率下产生的废料略少。
  3. 不会爆炸: 就像所有现代(甚至今天的反应堆)一样,熔盐反应堆在过热时关闭,意味着它们不会爆炸

难过的是,核废料问题仍然存在。 此外,目前没有负担得起的材料可以长时间在高达850℃的高温下存放熔盐。 这意味着需要进行更多的基础研究和创新,以实现熔盐反应堆。

我们能否回收核废料作为燃料?

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我们能够回收核废料吗?

回顾上一章,核废料大多以两种形式出现:

  1. 贫化铀-238: 天然铀是由大约99.3%的铀-238和0.7%的铀-235所组成,但我们需要反应堆中的铀棒含有4-5%的铀-235。当建造这种 浓缩燃料 时,我们留下了大量的铀-238。
  2. 乏燃料: 当反应堆使用浓缩燃料一段时间时,它会被新燃料取代,剩下的是乏燃料。

行波反应堆(TWR)被设计来利用贫化铀-238作为燃料。行波反应堆比常规反应堆制造少80%的放射性废料(按质量)。

更兴奋的是,行波反应堆理论上能回收使用后的核燃料,但还需要重大研究进展

这些反应炉背后重要的想法就是它们 使用它们自己的燃料。如以下所示

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燃料酿造

在此,我们从铀-238开始,它本身无法为正常的核反应堆发电。 然后通过增加一个中子使它变成铀-239,铀-239迅速衰变,成为钚239,也就是另一种放射性材料。 这正是启动核裂变反应的能量所在,并且产生热能,最终成为我们从反应堆中得到的能量。 所有这一切都发生在反应炉内部!

像所有其他现代反应堆一样,如果停电,行波反应堆将会关闭,意味着它们不会爆炸

行波反应堆的研究已经持续进行了几十年 - 没有成功。 但经过多年的计算机模拟和设计迭代, 一个叫做泰拉能源 (主要由比尔·盖茨资助)的公司现在认为它们能够实现稳定的长期运作

它们的原型应在2022年完工使用。 但美国与中国之间的政治紧张关系意味着工程于2018年停止。 我们会看看我们将从这里走向哪里。

因此,我们应该做些什么?

小型模块化反应堆和常规反应堆现在已经可以使用了。它们可以用近乎零二氧化碳排放取代煤来产生基线负载电。 如上一章所述,现代核反应堆极其安全,不会引发爆炸。 虽然核废料很糟糕,但我们必须将其与燃烧化石燃料产生的险恶的二氧化碳排放和其他污染作比较。

同时,政府应允许公司以更快的速度对进阶的核反应堆进行试验

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我们需要更多的研究

如果您想了解有关先进核能的更多信息,请查看本章中我们未讨论的一些概念:

  • 使用钍: 取代铀-235, 使用一个叫做钍的元素作为燃料
  • 其他冷却剂: 取代水货熔盐,我们可以使用气体或液体金属
  • 没有缓和剂的反应堆: 快速反应堆 可以直接使用快速中子(今天的设计如同上一章讨论过,必须使用缓和剂来减缓中子的速度)。常规反应堆需要放慢中子速度,才能将铀-235分裂出来。

现在,开始前往可再生能源!

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