荷蘭核研究諮詢集團(NRG)已完成首次熔鹽核燃料輻射測試,這是的新核能反應爐的重大里程碑。他們是在阿姆斯特丹北面60公里,佩滕(Petten)的高通量反應爐(high neutron flux reactor)完成試驗的。這是自1960年代,美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的同類測試後,多年來的首次熔鹽式核燃料實驗,其目的是進一步了解未來熔鹽反應爐(MSR)的安全操作。

新阿特拉斯(New Atlas)報導,MSR反應爐其實問世的很早,早在1950年代和60年代時,美國就已經完成設計並且開發出原型,它在許多重要方面與現行的常規輕水式核反應爐不同,這使它們有可能成為更安全、更高效的替代品。

雖然輕水反應爐和MSR其實都依循相同的核分裂原理工作,但它們的工程設計卻截然不同。在輕水式反應爐裡,核燃料是覆著鋯合金護套的鈾238與低濃度235,它們以熱中子來反應反應爐裡都是普通水,這些水既可以充當反應器的減速劑,又可以擔任冷卻劑。當中子撞擊鈾原子時,它們會分裂成兩個輕質原子,在這過程中就會釋放一點點能量,只要反應持續,成為連鎖反應,釋放更多中子,就能持續發熱。在這個過程中,水減慢中子的速度來緩和反應,增加中子撞擊原子的機會。

這個系統已經使用了60多年,是現行最主要的核反應爐,儘管它在公眾中享有盛譽,在所有主要能源中,每千瓦的安全記錄都是最好的。然而,輕水反應爐裡的水,必須保持在非常高的壓力和溫度下,這是個缺點,也是2011年福島核災的致命傷,一但水份流失,高熱的核燃料會熔化,一但掉到爐底,就稱為爐心熔毀。

至於熔鹽反應爐就不會有類似的問題,熔鹽爐的燃料與鹽,鹽代替水做為減速劑,並且與核燃料混合在一起,鹽已被加熱到像液體一樣融化和流動的程度,這大約是在幾百甚至幾千度之間。這樣的爐子沒有燃料棒,但是仍有石墨棒來減速,它起緩和劑作用,並控制反應的強度。

儘管熔鹽反應爐從未發展成實用的商業發電廠,但在世界各地的各個核能中心,都對熔融鹽反應爐寄與厚望,因為這種爐子的核燃料取得更容易,除了鈾以外,也能使用釷,而釷是比鈾還要豐富的元素。並且它還能直接使用現行的用過核燃料(俗稱核廢料),也就一勞永逸的解決耗乏燃料問題。

此外,熔鹽反應爐還有一個明顯好處,就是無需關機即可重填燃料。現行的反應爐需要關機,先把反應停止後,才能抽出舊燃料,再裝填新燃料,在這段更換燃料的過程中,核電廠無法供電。相對的,熔鹽反應爐可以在持續運轉時就填入新鮮的熔鹽燃料。這是因為它們是在較低的壓力下運行,在常規壓力下打開反應爐不會有事。並且不產生蒸汽或潛在爆炸性的氫氣,也就杜絕了福島核事故的原因。

講了這麼多好處,那又為什麼它發明了幾十年,卻沒有商業應用呢?因為它也有許多缺點。首先是熔鹽式燃料,它不僅很熱,而且具有腐蝕性,1960年代的實驗反應爐,就是因為熔鹽燃料傷害了反應爐才停止實驗,然後全力研發輕水式反應爐的。

但是,現在的材料科技又勝於50年前,因此,熔鹽反應爐的相關研究又回來了,NRG正在進行一系列輻射測試,以了解熔鹽核燃料的影響。據該公司稱,這項研究始於2015年的SALIENT-01實驗,當前的工作包括反應爐材料的研究,以及熔鹽燃料的加工和提純。

目前研究是在輻射測試,包括研究在放射性環境中,熔鹽燃料要是冷卻到接近室溫時,會發生什麼事,明年就會進行反應爐合金的腐蝕測試,以確定哪一種合金可以有效抵抗熔鹽燃料。

除了荷蘭,英國也有熔鹽爐的研究,一家小型核能公司莫爾泰斯能源(Moltex Energy)通過眾籌投資網站Shadow Fundr,籌集了600萬英鎊(2.3億新台幣)的研發經驗。該公司將可在加拿大開始預定可程序,在英國開展進一步的業務,他們將自己的熔鹽爐稱為穩定融鹽反應爐(SSR)。

該公司表示:「當替代燃料價格便宜時,包括煤炭與天然氣,這樣的化石燃料將最終被取代。零碳是重要目標,但電價也必須便宜,核能就能達成這個目的。 」

文章來源:Major molten salt nuclear fuel test completed

(中時電子報)

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