這周我腦子裡想的都是核能。核電站的工作原理一直讓我著迷。它們規模龐大、技術複雜、而且感覺有點神奇（分裂原子是多麼神奇的概念）。但最近我對它們的痴迷達到了新的高度，因為在過去的一週左右時間裡，我一直在研究先進的核技術。
先進核反應堆是一個模糊的類別，基本上與現在執行的商業反應堆截然不同，因為這些反應堆基本上都遵循相同的通用公式。而這其中存在著各種各樣的可能性。
我主要關注的是 公司正在開發的版本。但我也深入瞭解了未來核電站的其他潛在方案。
基礎知識
在我們進入深度內容之前，讓我們瞭解一下基礎知識。
核電站透過裂變反應發電，原子在裂變反應中分裂，以熱量和輻射的形式釋放能量。分裂過程中釋放的中子與其他原子碰撞並分裂，從而產生連鎖反應。
在今天的核電站中，基本上有兩個絕對重要的部分。首先是燃料，它是反應的原料（這一點的重要性顯而易見）。其次，鏈式反應必須以可控的方式發生，否則就會發生核洩露。
因此，核電站的另一個重要部件就是冷卻系統，它可以防止整個裝置溫度過高而導致的問題。
圖 | 是致力於發展替代核反應堆技術的公司之一（來源：KAIROS POWER）
在目前絕大多數反應堆中，這兩個組成部分都遵循相同的通用公式：燃料是濃縮鈾，將其裝入陶瓷顆粒，裝入金屬管道，然後排列到反應堆的堆芯中。冷卻系統向反應堆周圍泵送加壓水，以保持溫度可控。
但出於種種原因，各家公司開始著手改變這一久經考驗的方案。倡導使用核能的政策研究機構 的聯合創始人兼聯合執行董事傑西卡·洛夫林（）表示，美國大約有 70 家公司正在設計先進的核反應堆，其中有六七家公司已經與監管機構開展了合作。
其中許多所謂的先進技術都是在 50 多年前發明的，甚至已經得到了驗證，而在當時整個行業還沒有統一採用標準的水冷式核電站設計。
但現在，人們對替代核反應堆的啟動和執行重新產生了興趣。整體來看，新的設計有助於提高安全性、效率甚至成本。
冷卻液
與水基設計相比，替代冷卻劑可以提高安全性，因為不需要始終保持高壓。許多替代冷卻劑還可以達到更高的溫度，從而使反應堆的執行效率更高。
熔鹽是替代冷卻劑的主要競爭者之一，它被用於 公司、 公司和 公司的產品設計之中。這些設計使用的燃料更少，產生的廢料更易於管理。
其他公司正在尋找液態金屬，包括鈉和鉛。目前有幾座鈉冷卻反應堆正在執行，主要集中在俄羅斯，該國在開發鉛冷卻反應堆方面也處於領先地位。據瞭解，金屬冷卻反應堆具有熔鹽設計的許多潛在安全優勢。
氦和其他氣體也可以用於達到比水冷系統更高的溫度。目前， 公司正在設計一種使用氦氣的高溫氣體冷卻反應堆。
燃料
大多數使用替代冷卻劑的反應堆也使用替代燃料。
TRISO 或三結構各向同性顆粒燃料，是最受歡迎的選擇之一。TRISO 顆粒含有鈾，被包裹在陶瓷和碳基層中。
這樣可以保持燃料的密封性，將裂變反應的所有產物都保留在內部，並使燃料能夠抵抗腐蝕和熔化。 和 都計劃在其反應堆中使用 TRISO 燃料。
其他反應堆使用 HALEU，這是一種高含量的低濃縮鈾。商業反應堆中使用的大多數核燃料含有 3% 至 5% 的鈾-235。而 HALEU 含有 5% 至 20% 的鈾-235，使反應堆能夠在更小的空間內獲得更大的能量。
大小
除了改變燃料和冷卻劑等方面的細節外，許多公司還在努力建造不同（主要是較小）尺寸的反應堆。
如今，大多數即將併網發電的反應堆都非常龐大，功率在 1000 兆瓦或更大，足以為數十萬家庭供電。建造這些龐大的專案需要很長時間，而且每個專案都需要定製的流程。
小型模組化反應堆（SMR，Small modular reactors）可能更容易建造，因為每個反應堆的程式都是相同的，這類似於一條巨大的裝配線上進行製造。
一直是這一領域的領軍企業之一，其反應堆設計使用商業燃料和水冷卻劑，但整體規模較小。不過，近幾個月來，該公司的情況並不太好：它的第一個專案幾乎已經夭折。
2024 年 1 月初，該公司解僱了近 30% 的員工。其他公司仍在高舉 SMR 的火炬，其中許多公司還在尋求替代燃料和冷卻劑。
作者簡介：凱茜·克龍哈特（Casey Crownhart），是《麻省理工科技評論》的氣候記者，專注於可再生能源、交通以及技術如何應對氣候變化。她還曾是一名自由科學和環境記者，為 Popular Science 和 Atlas Obscura 等媒體撰稿。在從事新聞工作之前，她是一名材料科學的研究員。
支援：大義
排版：羅以
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