美國田納西河谷管理局(TVA)和卡洛斯能能源公司(Kairos Power)宣布,將在橡樹嶺(Oak Ridge)的東田納西技術場(East Tennessee Technology Park,ETTP),建造「赫密士」示範型低功率熔鹽式卵石床反應器(Hermes low-power demonstration molten-salt cooled),這屬於第四代核能。

新阿特拉斯(New Atlas),在氣候變化的迫切壓力,和反對化石燃料已逐漸成為共識的情況下,核電正變得越來越有吸引力,也有新的核電廠提出建造,但是,這並不是1950年代大型壓水爐的復興,而是新一代的核能技術。這些新核能不追求高功率,而是尋求小型、易部署、可自動停機、安全系數更高。

卡洛斯能能源公司解說的卵石床反應爐,核反應器在最左邊,其他的熱能交換設備都不進入爐心,比以往的核反應爐簡單的多。(圖/kairospower)
卡洛斯能能源公司解說的卵石床反應爐,核反應器在最左邊,其他的熱能交換設備都不進入爐心,比以往的核反應爐簡單的多。(圖/kairospower)

比如(TVA)和卡洛斯能能源公司的「赫密士」就是一例,它是一種卵石床反應爐(Pebble bed reactor,PBR),與現在的壓水爐(PWR)、沸水爐(BWR),略有不同。

在常規的壓水爐、沸水爐中,濃縮鈾核燃料以柱狀模式進入爐心,由控制棒來控制反應效率,另有循環水在反應爐內部,既把熱量帶走推動渦輪,也減慢中子速度,以維持反應。

至於卵石床反應器中,燃料棒被替換為網球大小的球體,每個球體是由濃縮鈾與石墨(充當慢化劑)組成,再包覆於陶瓷中。這樣的燃料球做了數千個放入反應爐內,這樣它們不需要控制棒,就可以在高溫下維持核反應。還有一個巨大不同,那就是卵石床反應器不用水為循環物,而是填充氦、氮或二氧化碳的氣體做為冷卻與循環,由氣體的高溫來推動渦輪發電。

儘管卵石床反應爐的概念,從1947年就已經存在,好處是原理簡單,而且可以自我調節,但是仍有許多技術障礙需要克服,因此目前的卵石床反應爐都屬研究型或是原型設計,尚未成為商用化電廠。(據大陸的說法,山東威海的「石島灣核電廠」,已經達成商業運轉,它的功率195百萬瓦,是全世界第二座可長時間運行的卵石床式。)

「赫密士」是一座示範爐,它與前述的卵石床爐又有一些不同,不用氣體冷卻式,改用氟化物熔鹽代替氣體。理由是氣體的膨漲率太高,要是反應壓力過高就必須洩壓,氣體冷卻式就會逸散具輻射物質的氣體。而氟化鹽的溫度範圍超過1,000°C,要是面臨洩壓問題,它只會緩慢流動,不會造成周遭環境的多餘輻射。另外,它們化學性質穩定,不用高壓安全殼結構也能運行,要是反應堆發生故障,也可通過自然循環保持爐心冷卻。

赫密士使用的是濃縮鈾9.75%的燃料石,在585°C的工作溫度,產生140 百萬瓦時的電力。

文章來源:Kairos and TVA partner to build demonstration pebble-bed nuclear reactor

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