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  • 第4代核能 比爾蓋茲的熔鹽反應爐將於2019年試運轉

    第4代核能 比爾蓋茲的熔鹽反應爐將於2019年試運轉

    比爾蓋茲主持的泰拉能源(TerraPower),正在開發熔鹽式反應爐,預計在2019年可以開始測試。 \n \n下一個大未來(next big future)報導,美國南方能源公司(Southern Company \n)正在與比爾蓋茲的泰拉能源一齊合作,開發一種使用液態鹽作為冷卻劑和燃料的「熔融氯化物快中子反應爐」(molten chloride fast reactor ,MCFR),這個研發計畫也有美國政府的投資,美國能源部已經為該項目投入了超過2800萬美元的分攤資金,以進一步識別和測試反應爐中使用的材料。 \n \n南方能源和泰拉的研究處於反應爐設計階段的早期階段,他們希望從2019年開始進行小功率反應爐迴路測試,並委託橡樹嶺國家實驗室、愛達荷國家實驗室、范德比大學等機構來分析,評估MCFR作為商業反應爐的可行性。 \n \n假如成功,團隊計劃在2030年開發1100百萬瓦的原型反應爐,就能逐步走向商用化。 \n \n這種熔鹽反應爐與現行核能最大的不同在3處,第一,它的運轉原理是快中子滋生式,與現行的慢中子衰變式不同。第二,它的燃料是液態的,是熔化的核燃料,同時冷卻劑不是現行的普通水,而是液態氯化物鹽,這些鹽與熔化的核燃料一起在反應爐裡循環,通過第二迴路中的熱交換器,就可以汲取迴路中的熱,以推動渦輪機來發電。 \n \n第三個明顯不同是整個反應器是在高溫下運行,因此生熱的過程比現行的輕水反應爐更有效率,同時,反應後的餘留物也更少(核廢料很少),甚至可以消化其現行反應爐的廢料(可以消化核廢料)。 \n \n比爾蓋茲認為,MCFR是實現低碳能源的重要設施。 \n \n在安全設計方面,MCFR具有業界所謂的「被動安全」設計,也就是在過熱需要停機情況,它無需外接電動的冷裝裝置,就能自主的減慢反應過程。即使是冷卻劑流失,燃料鹽在離開反應爐後,就會被動地停止核反應,並自然地去除衰變熱。 \n \n其他好處包括: \n核燃料沒有現在的燃料棒那麼複雜。 \n可以在反應爐運轉時直接注入新的燃料,現在的反應爐必須停機才能更換燃料。 \n能夠使用多種核燃料,包括貧化鈾、天然鈾、甚至是用過核燃料(高階核廢料) \n只在剛啟動的階段,才需要濃縮核燃料。 \n \n

  • 大陸首座快中子核電廠動工 預計2023年運轉

    大陸首座快中子核電廠動工 預計2023年運轉

    被稱為「大陸核工業發展標誌性工程」的福建霞浦快中子滋生式示範電廠正式動土開工,澆注了反應爐基底的混凝土。該電廠計劃在2023年首開始商業運轉。它是一種「第4代核能」,總功率達到600百萬瓦,所需燃料比現行反應爐要更少,自然核廢料也比較少。 \n \n世界核能新聞(WNN)報導,大陸核能科學院在2010年7月,就於北京附近完成了一座「中國快中子試驗爐」(CEFR),功率為65百萬瓦,並且在一年後成功達到了預定功率。在此成功基礎上,核科院研製了放大版的600百萬瓦反應爐,稱為CFR-600,也就是霞浦核電廠所使用的。霞浦位在福建省北部沿海,就在馬祖列島以北的20公里處。它將採用兩個循環迴路,可產生480°C的蒸汽,再由這些蒸氣來推動渦輪機進行發電。 \n \n快中子滋生式反應爐與現行的核能不同,現在的反應爐使用的核燃料是鈾235,它是由慢中子(或者稱為熱中子)來進行核反應,然而快中子反應爐則是會鈽239為初始反應物,搭配多數的鈾238的「可轉化原料」(可孕原料),經過快速中子的撞擊,使鈾238變成鈽239然後發熱,為了使中子保持在比較高速的狀態,它的熱循環液體不是使用普通水,而是採用熔化狀態的液化金屬(可以使用液化鈉或是液化鉛),至於霞浦核電廠所採用的是液化鈉。 \n \n現行的核反應爐在一段時間之後,會把反應的主角鈾235給消耗掉,而多數的鈾238會保留下來,而這些鈾238可以成為霞浦核電廠這種快中子滋生反應爐的主要燃料,換言之,就是可以消化掉核廢料的意思。據報導,霞浦核電廠的燃料就將使用與乏然料混合成的MOX燃料。 \n \n事實上快中子滋生式反應爐(FNRs)概念並不新,早在1950年就已經被提出與建造,並且在美國試運轉,但是之後卻沒有形成主流,而被慢中子的鈾反應爐給取代,既然它這麼多優點,為什麼如今才開始建設?原因是它的技術門檻很高,而且液化鈉是超級易燃物,而液化鉛又有毒,所以在安全性無法保證的情況下,多數快中子反應爐的研究就中止了,有些原因是操作錯誤導致的意外,比如日本的「文殊反應爐」,在1994年8月首次臨界運轉,一度成為日本核電界的新星,但是在同年12月,因為操作錯誤導致大量的液態鈉從管線洩露,還造成火災,之後的22年文殊就一直在半停擺的狀態下,終於在去年決定廢爐。法國的「超級鳳凰」反應爐也是基於類似的原因而停擺,同樣決定拆除。 \n \n大陸與俄羅斯選擇繼續挑戰快滋生核能,俄國稱為BN-800,原先大陸是與俄國一起研發,不過研發在半途上大陸就自尋道路,改成現在的CFR-600。據報導,CFR-600將安裝多種安全控制系統,包括控制棒可以用調節反應效率或者關閉反應,還有被動式緊急停機系統,以及防止核心熔毀的核心捕集器,可以使核燃料溫度不至過高,並提供長期冷卻效果。

  • 新一代核能 歐洲進行釷熔鹽核能測試

    新一代核能 歐洲進行釷熔鹽核能測試

    被視為最有成功希望的釷熔鹽核能反應爐,終於進入測試階段。荷蘭核材料公司NRG的研究人員,已經開始了釷鹽核反應爐的第一次測試,這種核反應爐是在20世紀70年代由美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)提出的,這種核能的功率將比現有的強上十倍,而且燃料不虞匱乏。 \n \n下一個大未來(Next big future)報導,目前大多數的核能的原理是鈾裂變,而新式的熔鹽爐將比鈾反應爐有更多的優勢,比如它更難被武器化,而且具有液態燃料的反應器設計可以自我調節,也就是即使遇到故障,還是不致於核物質擴散,也就更為安全。 \n \nNRG的團隊首先會小規模地測試幾種釷鹽燃料設計。目前第一項實驗是稱為「熔鹽式快茲生反應器」,將用釷鹽為核子燃料,理論上也應該可以拿現有反應爐生成的核廢料(乏燃料)做為新的燃枓,也就是它能夠解決核廢料問題。 \n \n第一個實驗(SALIENT – 1)選擇的材料是氟化鋰/釷氟化物混合物(釷鹽核燃枓),將釷鹽核燃料放入小型坩堝,然被實驗開始時,將由高能快中子輻射去模擬核反應過程,假如試驗有效,釷將會轉化為鈾233,再由鈾233進行核裂變反應。這項實驗的目的除了檢視釷鹽反應的效果以外,也在研究反應後的生成物是哪些東西,研究員將會用小塊的鎳海綿來收集核反應後的貴金屬是否沉澱在鎳上,這些貴金屬生成物也有很多用途。 \n \n除了荷蘭以外,中國大陸、印度、印尼和俄國等國家也都在開發各種類似原理的新一代核反應爐,印度研究的稱為「ThorCon」,是一種構造簡單的熔鹽爐,他們已與美國簽定合作備忘錄,但由於他們的先進重水反應爐(AHWR)的項目較為優先,所以ThorCon處於計畫階段。 \n \n中國大陸則是研究卵石床反應爐,這種爐子的燃料採用圓球式,這種設計相當安全,不會出現核心熔毀的事故。目前正在興建的山東石島灣核電廠就是這一種,大陸希望搶先拿下世界第一座第4代反應爐的頭銜。 \n \n

  • 水下車諾比核災:俄K27潛艦核外洩事故

    水下車諾比核災:俄K27潛艦核外洩事故

    2002年,美國上映一部電影「K19」,讓大家知道前蘇聯在冷戰期間第一艘核彈潛艦的輻射事故。但K19事件卻還不是蘇聯最嚴重的潛艦核外洩事故。發生在1968年5月,另一艘實驗性潛艦K-27所發生的嚴重核子事故還更加慘重。 \n \n美國國家利益雜誌(National Interest)報導,蘇聯第一代核潛艦是1957年完成的N級潛艦(亦稱Project 627),是一款壓水反應器為主動力的魚雷攻擊潛艦,與美國的鸚鵡螺號技術能力相當。但一心追求趕超美國的蘇聯不滿足於現況,所以想要在核反應器技術上更進一步,研發可應用在潛艦上的液態金屬冷卻式反應器,以達到更長的潛航時間。而命運多舛的K-27潛艦,就是加裝了VT-1液態金屬冷卻反應器的實驗性潛艦。 \n \n液態金屬冷卻反應器,是一種快中子滋生式反應器,它與一般以鈾做為燃料的核反應器很不同,而是以鈽做為燃料,甚至可以裝填高階核廢料做燃料使用,加上體積更小,所以極具開發前景,似乎很適合用在空間窄小的核潛艦上。但是裝載這種實驗爐的K-27潛艦最終卻演變成一場災難。 \n \nK-27潛艦首次啟航是在1958年6月15日,它搭載的VT-1反應器是一種以熔融鉛鉍合金為循環冷卻劑的快中子滋生式反應器。在啟航後就有極好的表現,它是第一潛航時間超過50天的蘇聯核潛艦。 \n \n雖然它的首航看似表現不錯,卻在航行過程中有一個小小的不起眼問題,就是這它的液態金屬冷卻系統曾經出現故障,由於溫度降低導致一段冷卻迴路中的液態金屬凝固,阻塞了冷卻管道。但幸運的是,阻塞很快融化,反應堆重新正常運行。這個事故卻並沒有被重視,僅視為首航時期的小小插曲而已。 \n \n結果到了1968年5月24日,更換核燃料的K-27再次出航,結果兩具反應器的其中一具再次遇到循環迴路凍結,有氧化的顆粒在管線中阻塞,造成反應器攻率極速下降,電力從從87%輸出,下降到僅剩7%,同時爐心開始熔毀,無法循環系統的鉛鉍合金混入蒸氣渦輪機,含有高能γ射線的蒸氣立刻大量外洩到反應器艙間,變成高能輻射汙染區。 \n \n而且輻射外洩的警器被關閉,當時艦上官兵並沒有太在意輻射的傷害,只想著如何修復潛艦,因此艦員們沒有完全理解嚴重程度,一直到警報發起的兩小時後,輪機員才被送到隔離室休息,潛艦後來靠著另一具未受損的反應爐提供動力回到母港莫曼斯克港,原先碼頭方面還勸他們不要入港,先在港外讓輻射濃度降低,但是艦員們多待在艦上都是危險,艦員稱,如果再晚幾個小時靠岸,就沒有足夠的活人能操艦了。因此艦長無視碼頭命令而強行入港。最終144名艦員過暴在輻射中,有9個艦員因輻射中毒而死亡。 \n \nK-27的事故宣告實驗失敗,不過這艘艦沒壞的那一具反應器還是繼續當實驗平台再使用,直到1973年宣布退役,但並不是被拆毀,而是將其鑿沉。1982年9月6日,K-27鑿沉於新地島附近。但是許多環境科學家認為,帶有高能輻射汙染物的K-27,不應該如此隨便的棄於海洋裡,它已經成了環境定時炸彈。 \n \n \nK-27確實是一場災難,不過從正面角度來看,它的鉛鉍技術最終仍完成了實用化,應用到蘇聯阿爾發級攻擊潛艦上,使得阿爾發級有著令人難以置信的快速和深潛能力,是美國同類型潛艦所比不上的。但是液態金屬反應器的危險與複雜,仍然使俄羅斯將其全數除役,至於美國則很早就因為後勤考量,沒有把液態金屬反應器應用到潛艦上。 \n \n最後,不可諱言的,在K-27事故後的50多年,核子工程師依然致力於開發液態金屬反應器,並稱其為未來核電技術。除了俄羅斯以外,包括美國、法國、中國大陸都還在進行相關的研發。大陸在10月間,公布的「核電寶」迷你核反應器,就是一款液態鉛合金反應器,據稱將會用在南沙群島的相關開發上。 \n \n \n \n \n \n \n \n

  • 日本評估除役文殊要花3千億日元

    日本評估除役文殊要花3千億日元

    雖然日本先後重啟了「川內」和「高濱」兩座核電廠,但是對於是否應繼續研究新式核能科技仍然爭執不休,據共同網報導,位在福井縣敦賀市的「文殊」快中子滋生式反應爐,是要繼續建造還是拆除都是難題,日本原子能研究開發機構在2012年曾估算過,若要營運文殊,需要每年花費約200億日元,但是若選擇報廢,則需要約3000億日元(約合台幣868億元)的除役費用和30年的拆除時間。   \n文殊反應爐於 1986年開始動工建造,原本希望成為世界第一座商用運轉的快中子滋生式核能反應爐,但是在1995年因操作不當造成大量液態鈉外洩還引發大火之後,文殊反應爐就停止運作並重新設計。雖然在2009年、2013年都曾經打算重啟,但是最終都在爭議聲中放棄,因而停擺至今。 \n快中子滋生式又叫快堆式,這種反應爐的效率比現行的核反應爐要高很多,具有很大的發展潛力,除了日本以外,包括美國、法國、俄羅斯、中國大陸,都在研發這種新式反應爐,但是反應爐的冷卻系統一直是難題,能夠做為冷卻劑的材料是液態金屬鈉或者是鉛,但是鈉容易燃燒,而鉛卻有毒,文殊反應爐的事故就是冷卻管路中的鈉外洩所導致,因此如何設計安全的冷卻管線,就考驗著核能工程師的能力。 \n \n目前研發快中子滋生式最有成績的國家是俄羅斯,俄國宣稱他們的反應爐已成熟到可商業運轉,並正在積極外銷,中國大陸和印度都是買家。 \n

  • 文殊核反應器 停機14年重啟動

     日本核能研究開發機構六日重新啟動位於福井縣敦賀市若狹灣的「文殊」快滋生核子反應器(fast breeder reactor)。文殊於一九九五年十二月發生液態鈉冷卻劑外洩事故後,歷經十四年五個月的漫長歲月才得以重啟,在全球核能界可說是相當罕見的特例。 \n 快滋生核子反應器又稱「快中子滋生反應器」,與一般商業發電用的反應器不同,可將鈾資源做最大限度的回收利用,用同等量的鈾創造出五十倍的能源,因此被日本政府視為是核燃料回收利用的重要研究發展設施。 \n 文殊於一九八五年開工興建,九四年首次達到臨界狀態,九五年八月試行發電,卻在九五年十二月因液態鈉管道的溫度計設計缺陷而發生外洩事故,鈉和空氣中的水發生激烈的化學反應,在廠內引起火災。 \n 這起事故雖然沒有釀成大災害,但事後公布的錄影帶被外界懷疑是有意造假、隱瞞真相,使得文殊的重啟難上加難,日本政府也對重啟時機抱持慎重的態度。 \n 經一波三折,文殊終於在六日上午十時卅六分正式啟動,到七月下旬為止,將先進行反應器爐心確認實驗,如果一切順利,核分裂反應將於八日達到臨界狀態。預定明年即可試行發電,二○一三年四月正式運轉發電,二○五○年起邁向商業化。 \n 文殊的重啟有人叫好也有人抨擊,最讓人擔心的是安全問題,由於反應器設備長期停用,許多人擔心會因機器老化而無法順利運轉,液態鈉冷卻劑容易引起火災也是一大難題,因此日本國內已出現反對聲浪。

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