较小的反应堆使核电更接近实现其承诺

公司正在建造小型模块化反应堆的测试装置，这些装置可用于为农村地区供电。图片来源：Kairos Power 核电站并没有像雏菊一样在美国遍地开花。该国二十一世纪的第一座商用核反应堆直到 2016 年才投入使用。那是田纳西州瓦茨巴核电站的 2 号机组，它比 1 号机组晚了二十年才到达。但这场干旱以及欧洲的类似干旱可能正在结束。乔治亚州巴克斯利附近的两座反应堆于 2023 年和 2024 年开始运行，世界各地的政府和私人团体热衷于投资核电站开发商。一些人正在关注传统的轻水反应堆，这种反应堆使用普通水作为冷却剂——这是美国目前唯一商业化使用的类型。但现在投入了大量的精力和资金来开发新型小型反应堆，这些反应堆依赖不同的燃料和冷却剂，并且需要开发新的结构材料。自然展望：核能 被称为小型模块化反应堆 (SMR)，它们可产生高达 300 兆瓦 (MWe) 的电力，足以为约 300,000 个家庭供电。这远低于传统轻水反应堆通常产生的 1,000 MWe，但小型反应堆应该更便宜且更容易建造。剑桥麻省理工学院先进核能系统中心主任、核工程师 Jacopo Buongiorno 表示，现有的商业反应堆“非常高效，对电网非常有利，但建造成本也非常昂贵”。 SMR 的部分优势在于其模块化。系统的大部分将在工厂建造并运到现场进行组装，而不是从头开始建造整个发电厂。想想乐高，Buongiorno 说：“我有预制砖块，我将它们连接起来制作我的反应堆。” 2025 年 3 月，美国能源部 (DoE) 宣布拨款 9 亿美元，支持中小型反应堆的部署。一年后，欧盟委员会表示将投资 2 亿欧元（2.28 亿美元）建设中小型反应堆。批评者认为，中小型反应堆并不一定比大型核电站更经济。马萨诸塞州剑桥非营利组织忧思科学家联盟的物理学家兼核电安全主任爱德华·莱曼表示，小型堆的功率输出较小，意味着工厂必须生产数十个模块化反应堆，才能使其比传统反应堆更具成本效益。他认为，由于燃料和冷却剂不同，一些小型反应堆设计可能比现有反应堆更危险。尽管存在这些担忧，更快、更便宜的建设的诱惑 - 以及对清洁能源不断增长的需求，尤其是来自运行人工智能系统的数据中心 - 使得开发模块化反应堆具有商业吸引力。加利福尼亚州阿拉米达的 Kairos Power 正在田纳西州橡树岭建造一座名为 Hermes 1 的测试反应堆，并于 4 月开始建造一座 50 MWe 示范工厂 Hermes 2。该公司预计将于 2030 年开始商业运营，并已达成协议将其权力出售给谷歌。固定燃料 Hermes 1 是 50 多年来第一座获得美国核管理委员会 (NRC) 批准的非轻水反应堆。轻水反应堆及其熟悉的冷却塔由水冷却，通常由陶瓷二氧化铀颗粒提供动力，这些颗粒被包装在称为燃料棒的锆合金管中。相比之下，赫耳墨斯 1 号由三结构同位素 (TRISO) 卵石提供燃料——罂粟籽大小的铀颗粒，包裹在碳陶瓷壳中。该反应堆不是通过水冷却，而是通过熔盐冷却：氟化锂和氟化铍的混合物，称为 FLiBe。田纳西大学诺克斯维尔分校的核工程师尼古拉斯·布朗 (Nicholas Brown) 表示，TRISO 燃料是研究人员所说的耐事故燃料中最古老、最容易理解的例子。二氧化铀核的直径为 350-600 微米，周围有一层多孔碳壳，可捕获从核中逸出的裂变产物。周围是一层致密的碳层，碳层本身被一层碳化硅包裹，充当微型安全壳。 TRISO 燃料由铀颗粒制成。图片来源：Kairos Power 每个高尔夫球大小的石墨卵石中都填充了数千个这样的颗粒。当卵石在反应堆内聚集在一起时，就会发生裂变，产生的热量会传递到冷却剂中。用过的卵石通常像口香糖球机中的内容物一样从反应器中流出，新鲜的卵石从上方添加。这使得无需停止反应堆即可补充燃料。另一个优点源于 Hermes 1 使用的 FLiBe 冷却剂。水在 100 °C 时沸腾，因此轻水在 250–325 °C 温度下仍保持液态