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熔鹽反應堆重回研究視野
來源：中國能源報 | 0評論 | 6285查看 | 2015-09-09 20:04:00    
　　美國《大眾科學》雜志日前刊文介紹了麻省理工大學兩位年輕科學家萊絲莉·德萬和馬克·馬修對核能發展的一些理念，其中提到了熔鹽反應堆。

　　20世紀60年代，美國科學家們聚集在田納西州的橡樹嶺國家實驗室里針對熔鹽反應堆進行了大量試驗。然而，由于經費問題，以及輕水反應堆逐漸成為行業標準，熔鹽反應堆逐漸被人們遺忘。

　　兩位科學家對此感到不可思議。因為熔鹽反應堆比今天所用的輕水反應堆更加安全。熔鹽反應堆用的不是固體鈾燃料而是液體燃料，從而降低了核反應堆堆心熔毀的可能性。

　　年輕一代科學家更關注氣候變化，往往愿意重新審視核能，這讓他們覺得熔鹽反應堆不應該被冷落。然而，要與廉價的煤炭和天然氣競爭，新型反應堆必須要更安全更高效。


　　他們認為，在輕水反應堆中，帶有鈾塊的燃料棒浸沒在水中，使中子速度減慢導致核裂變，使燃料棒發熱，而被加熱的水就帶動蒸汽渦輪產生電能。這一體系雖然可以達到目的，但是存在兩個問題。

　　第一個問題是，核裂變產生的像氪和氙這樣的有毒氣體會在燃料棒上積聚，這些氣體會消耗中子，最終導致裂變反應中止。所以，燃料棒必需每隔大約四年更換一次，但這時還有96%的能量未被使用，因此產生的高放射性核廢料，必須永久存儲在安全的地方。另一個問題是，輕水反應堆需要電能把冷水不停地送到放有燃料棒的反應堆堆芯，以防止過熱現象發生。

　　作為核裂變反應堆的一種，熔鹽反應堆（MSR）的主冷卻劑是一種熔融態的混合鹽，它可以在高溫下工作（可獲得更高的熱效率）時保持低蒸汽壓，從而降低機械應力，提高安全性，并且比熔融鈉冷卻劑活性低。

　　而且，熔鹽反應堆使用的燃料是鈾鹽，加熱超過500°C時，燃料鹽由固態變成液態，液態鹽流經氫化鋯，使中子速度減慢，導致核裂變產生熱量。由于不使用燃料棒，氪和氙不會積聚，而是不斷被排出。熔鹽反應堆被形容為“一個燉鍋”，可以幾十年如一日地一直運轉。這就是熔鹽反應堆可以達到96%燃燒率的原因，能夠把鈾留在里面，而不停地排出導致核反應中止的有毒氣體。燃料鹽流經一個帶有排泄口的圓環，排泄口用防凍塞（電致冷的冷凍鹽塊）封閉。如果反應堆停電，防凍塞就會熔化，燃料會排入槽箱，冷卻凝固。

　　目前，在美國盡管還沒有熔鹽反應堆應用到核電站中，但原子能轉換（Transatomic Power）公司正在研究一種新型的熔鹽反應堆。在其看來，傳統輕水反應堆只能燃燒4%的燃料，而新熔鹽反應堆可以燃燒96%的燃料。

　　此外，這種反應堆理論上完全不會發生事故，且可以使用其他反應堆用過的燃料。據了解，現在美國有將近8萬噸的放射性核廢料，每年的增長量為2000噸，所以新熔鹽反應堆能夠變“毒”為寶。

　　一些研究人員也認為，如今美國所有使用中的商用核反應堆都是輕水反應堆，一旦發生事故，這種單一模式會影響整個核工業的發展。“可以說，把輕水反應堆用于商用核能，只是早期技術上的權宜之計，但卻把美國和全世界困在了一種技術上。”研究人員指出。

　　麻省理工大學核科學與工程系主任理查德·萊斯特稱熔鹽反應堆為“與眾不同”的反應堆。不過，要實現真正意義上的應用，要走得路還很長。他介紹，今后三年，萊絲莉·德萬和馬克·馬修兩位科學家將對未來核裂變極端條件所需的材料進行試驗。他們在實驗室中將可以用作反應堆管道、泵和閥門的材料——金屬和陶瓷被放在一個冰箱大小的熔爐里，放入鹽中進行高溫試驗。下一步將設計建造一個20兆瓦的示范反應堆，有望在2020年投入運行。最終目標是建造520兆瓦的商用反應堆，預計建造費用為17億美元，僅為輕水反應堆的一半。

　　盡管如此，美國核管理委員會并不打算批準這種先進的反應堆投入生產。目前政府部門的規章制度使得開發商沒有辦法說“我們想申請批準這個項目”。這將阻礙項目投資。

　　但在中國，中國政府近幾年已為中科院下屬的上海應用物理研究所劃撥約4億美元，用于開發兩座熔鹽反應堆。而今年初，美國能源部計劃和中國政府簽署為期10年的合作協議，幫助中國在此期間至少建成一座熔鹽反應堆。

　　橡樹嶺國家實驗室核能工程師杰斯·蓋因表示：“中方將實施這項工作并和我們共享信息，我們也將派遣專家為他們提供支持。他們將建立一座反應堆。希望美國也能建一座，但在這方面還沒有具體計劃。”

　　實際上，中國在2011年初就提出這項計劃，并曾制定2015年首先建成微型實驗堆，到2024年建起成熟演示堆的目標。公開信息顯示，該演示堆的裝機容量定為10萬千瓦，符合核能小型化的新興趨勢。隨后，在第一個熔鹽反應堆的基礎上，中國將在10-20年內建成第二個改進型反應堆。
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