為了重振奄奄一息的美國核能工業(yè)，美國能源部(DOE)上周宣布，將在7年內(nèi)幫助建造兩臺全新的核反應(yīng)堆。

這將由國能源部的新先進反應(yīng)堆示范項目（Advanced Reactor Demonstration Program）資助，該設(shè)計包括一些特殊的設(shè)計，比如用鈉或氦代替水進行冷卻，以期比傳統(tǒng)的電力反應(yīng)堆更安全、更經(jīng)濟。

愛達荷國家實驗室國家反應(yīng)堆創(chuàng)新中心的核工程師和主任Ashley Finan認為，這兩種(設(shè)計)完全可以實現(xiàn)和落地。

能源部將與私營企業(yè)分攤建造每個工廠的總成本。每個項目今年將獲得8,000萬美元的資助，在未來5-7年內(nèi)將獲得總計4億至40億美元的資助。Ashley Finan稱，該機構(gòu)今年還打算為不太成熟的創(chuàng)意設(shè)立額外的、規(guī)模較小的獎項。她表示，將會從幾個設(shè)計中挑選組成一個專家委員會，具體人員的名單尚未公布。

這兩項獲獎設(shè)計從根本上背離了傳統(tǒng)的動力反應(yīng)堆。在核反應(yīng)堆的核心，鈾燃料原子在鏈式反應(yīng)中分裂，釋放能量和自由飛行的中子，然后分裂其他鈾原子。而在傳統(tǒng)的動力反應(yīng)堆中，能量加熱在堆芯循環(huán)的高壓“冷卻”水。仍然處于壓力下的冷卻水流向外部的蒸汽發(fā)生器，它使水在一個單獨的回路中沸騰，產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動渦輪機發(fā)電。

TerraPower公司和通用電氣日立公司(GE Hitachi)的345兆瓦納鹽反應(yīng)堆將使用熔融金屬鈉作為冷卻劑，而不是水。因為鈉的沸點比水高得多，冷卻劑就不需要加壓，降低了電站的復(fù)雜性和成本。鈉會把它的熱量傳遞給熔鹽，熔鹽可以直接流到蒸汽發(fā)生器或儲存槽中，儲存起來產(chǎn)生蒸汽和電力。與傳統(tǒng)的核電站相比，即使在其反應(yīng)堆繼續(xù)穩(wěn)定高效運行的情況下，納鹽核電站也可以迅速提高或降低其總發(fā)電量。這可以作為風能和太陽能等可再生能源的補充，因為這些能源產(chǎn)生的電力水平不穩(wěn)定，需要平衡。

X-Energy的x -100設(shè)計屬于高溫氣冷堆，將使用加壓氦氣來冷卻以鈾為基礎(chǔ)的燃料。這種燃料將不會被封裝在傳統(tǒng)的金屬包裹的燃料棒中，而是被封裝在“卵石”中——石墨球中注入了無數(shù)包含鈾的陶瓷內(nèi)核。

這個反應(yīng)堆就像一個巨大的粘性制造機器，里面會有22萬塊小石子，這些小石子會慢慢穿過堆芯下降，當它們的燃料用完后，會從底部的一個匯聚口流出。加熱到750攝氏度，氦會在二次回路中產(chǎn)生蒸汽來發(fā)電。

原則上，卵石不會融化，從而消除了熔毀的風險。每臺x -100將產(chǎn)生80兆瓦的電力，而一座核電站將由四個模塊化反應(yīng)堆組成。

這兩個核電站都應(yīng)該比傳統(tǒng)的核電站更簡單、更便宜。由于鈉冷卻劑是非增壓的，該反應(yīng)堆需要一個比傳統(tǒng)反應(yīng)堆更小的密封結(jié)構(gòu)。該核電站還“分離”了反應(yīng)堆和設(shè)施的發(fā)電部分，它們位于儲水箱的相對兩側(cè)。

TerraPower的工程師、Natrium設(shè)計項目主管塔拉·尼德爾(Tara Neider)說，這些特點應(yīng)該能讓工程師們將昂貴的鋼筋混凝土的使用量減少80%。她說:“鈉的作用就是使核電站變得更簡單，從而提高效率。”兩家公司都表示，他們還沒有為反應(yīng)堆選址。

這兩個反應(yīng)堆還將不同于傳統(tǒng)的設(shè)計，它將使用濃度更高的鈾235燃料。鈾235是產(chǎn)生鏈式反應(yīng)的關(guān)鍵可裂變同位素。為了最大限度地降低新燃料或已用過的燃料被用于制造核武器的風險，水冷式反應(yīng)堆使用的燃料為鈾235的3.5%。鈉和x -100反應(yīng)堆將使用濃縮至20%的燃料，這將使它們在一批燃料上運行更久，并從中提取更多的能量。

Ashley Finan稱，美國目前還沒有生產(chǎn)這種燃料，但目前的制造商可以相對容易地制造出這種燃料。她說，燃料也很難用于制造武器，部分原因是需要重新注料的次數(shù)較少。

從20世紀50年代核時代誕生以來，工程師們已經(jīng)建造了一些用鈉冷卻的反應(yīng)堆，甚至還有幾個球床反應(yīng)堆。但問題在于設(shè)計細節(jié)。TerraPower和X-Energy的目標都是制造安全的反應(yīng)堆，并能與更廉價的能源競爭。Neider指出，TerraPower希望鈉廠推出產(chǎn)品的市場價格能低于10億美元。

今年，能源部計劃為更新穎的先進反應(yīng)堆設(shè)計再頒發(fā)2-5個獎項。Ashley Finan稱：“能源部希望為這些技術(shù)提供一條前進的道路，這些技術(shù)很可能會改變游戲規(guī)則，但還沒有完全準備好進行演示。”

對美國核工程師來說，在20多年來美國只委托建造了一座新的動力反應(yīng)堆之后，建造新的先進反應(yīng)堆的前景令人興奮。不過，新項目的未來將取決于國會繼續(xù)提供資金，以及新一屆總統(tǒng)政府的支持。最終，開發(fā)商必須證明，核能可以在經(jīng)濟上與其他形式的電力競爭。