泰拉能源公司(TerraPower)的“行波反應堆”概念得到了微軟的比爾·蓋茨的支援,並得到了共和黨總統候選人喬恩·亨茨曼(Jon Huntsman Jr.)的認可,並且獲得了奧巴馬總統的能源部的積極回應。
泰拉能源公司的技術顧問羅傑·雷諾茲(Roger Reynolds)說,如果與外國贊助商的談判成功完成,該專案將前往海外進行下一個關鍵步驟。
這家位於華盛頓州貝爾維尤的初創公司表示,它已透過超級計算機模擬驗證了其慢速燃燒反應堆背後的理論,現在需要建造一個反應堆的試點版本,以評估堆芯中的金屬燃料包殼如何承受數十年的放射性轟擊。
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該反應堆的設計使其無需加註燃料即可執行40年或更長時間,因為它會穩步消耗其大部分原始燃料。該公司表示,因此,它保持完好無損,消除了人們對長期乏燃料儲存或在燃料加註或燃料後處理過程中核材料被盜的擔憂。
雷諾茲說,該工廠不會在美國建造。
雷諾茲在一次採訪中說:“我們已經與中國人、俄羅斯人、印度人和法國人進行了交談。我們有一個積極的計劃,我們認為重要的是建造一些東西並積累資料,以便我們最終可以在美國建造它們。在2015年破土動工,並在2020年啟動,這比我們目前的[美國]監管結構所能支援的更為積極。”
除了其獨特的燃料迴圈外,泰拉能源公司的設計還採用了一種高溫液態金屬堆芯冷卻技術,該技術適用於具有“快”中子活性的增殖反應堆,而不是當今以水冷卻系統減慢中子速度的占主導地位的反應堆。泰拉能源公司希望與積極追求快堆、增殖堆技術的國家合作。“現在美國沒有,”他指的是美國。
“增殖和燃燒”過程
泰拉能源公司的設計和其他一次性反應堆設計使用“增殖”和“燃燒”過程。該公司執行長約翰·吉勒蘭(John Gilleland)最初將其反應堆比作一支悶燒的香菸或雪茄,其中一個緩慢移動的裂變階段像波浪一樣穿過燃料堆芯移動,產生中子以維持逐漸推進的鏈式反應,同時消耗大部分燃料。
隨著研究計劃的演變,泰拉能源公司的方案也發生了變化。泰拉能源公司官員說,在新版本中,波浪不會移動,而是保持靜止,燃料材料在反應堆內的增殖和燃燒區域內來回移動。在這種新方法下,反應堆仍然可以密封執行40到60年而無需重新開啟,雷諾茲說。
雷諾茲曾是法國核開發商阿海琺公司在美國的首席技術官,他說,最大的工程挑戰是用於包裹燃料的金屬合金的耐久性。試點工廠將使泰拉能源公司能夠評估輻射損傷對專用不鏽鋼合金的影響,以記錄其生存能力。
雷諾茲說:“我們相信這種材料可以承受[高輻射衝擊],但沒有資料可以證明這一點。因此,工程演示的任務之一就是積累該演示的資料。”
“這是最大的挑戰。其他一切我們都知道如何做。”雷諾茲補充說,泰拉能源公司最初的目標並不是證明快增殖反應堆可以擺脫其麻煩的過去。
雷諾茲說:“我們不是為了建造而建造快堆。”他說,這種方法是對蓋茨和微軟前首席技術官內森·梅爾沃德(Nathan Myhrvold)制定的更大目標的響應,他們的組織智力風險投資公司(Intellectual Ventures)開發了泰拉能源公司的概念。
概念源於對抗貧困
雷諾茲說:“他們問,新科技可以解決哪些世界上最大的問題?他們最終確定的問題是貧困。”
雷諾茲說:“如果沒有足夠的能源,就無法真正解決貧困問題。如果沒有能源,你就無法養家餬口;你無法建造學校或醫院;你無法緩解所有與貧困相關的問題。那麼,如何在不加劇全球變暖的情況下產生大量能源?”他說,這是問題。“他們研究了所有替代方案,最終選擇了核能。”
雷諾茲說,泰拉能源公司希望今年或明年能為試點工廠找到一個政府合作伙伴。
在亨茨曼擔任美國駐華大使期間,他對泰拉能源公司與中國的合作方式感到沮喪。他在去年的一次美中能源峰會上說:“目前,美國這裡的監管環境意味著僅認證設計就需要數十年。透過與中國人合作,他們可以在該技術得到驗證後,在全球範圍內推進和商業化該技術。”
為了回應國會議員日益增長的興趣,核管理委員會(NRC)為泰拉能源公司提出的小型模組化核反應堆制定了許可路徑。美國核管會已開始與巴布科克·威爾科克斯公司(Babcock & Wilcox Co.)討論其擬議的mPower模組化反應堆設計,該設計目前正在由田納西河谷管理局(Tennessee Valley Authority)考慮在田納西州的克林奇河(Clinch River)地點進行建設。
美國核管會官員預計,mPower設計將是第一個尋求許可批准的設計,委員會可能會在2020年之前完成對克林奇河mPower專案的審查。與泰拉能源公司的概念不同,mPower反應堆依賴於美國核管會工作人員已經深入研究了幾十年的先進輕水反應堆冷卻技術。
能源部核能專案負責人彼得·里昂(Peter Lyons)在3月份對眾議院撥款小組委員會表示,能源部正在尋求為2012財年的兩個模組化反應堆專案提供資金:6700萬美元用於許可示範專案,3000萬美元用於審查先進模組化反應堆概念。
前往中國安家?
泰拉能源公司可能有資格獲得後一個專案的支援。里昂說:“我正在嘗試區分我們認為可以很快部署的小型模組化反應堆型別……與更先進的型別,而蓋茨先生提出的想法肯定屬於更先進的型別。非常有趣,但絕對是更先進和更長期的。”
雷諾茲說,泰拉能源公司不能在隊伍後面等待。“我們必須建造一些東西,以便我們可以瞭解它們的工作原理以及為了最佳化成本需要做些什麼,”他說。泰拉能源公司尚未對其反應堆的成本進行估算,但表示其目標是以與西屋AP1000反應堆相同的成本或更低的成本發電。這是佐治亞州擬議擴建的沃格特核電站以及美國其他公用事業長期計劃中的反應堆專案所選擇的反應堆。
泰拉能源公司希望建造的示範反應堆不在能源部的預算範圍內。雷諾茲說,成本“低於70億美元,高於10億美元”。
這需要一個政府實體——可能在中國——來完成這樣一個規模的專案。美國技術專家指出,這種支援不可避免地會附帶條件,通常是關鍵技術的共享。雷諾茲說,泰拉能源公司並不期望失去對其流程的獨家控制權。“我相信那裡[在中國]有使用快堆技術來擴大其能源基礎並提高其能源安全地位的願望。但這並不妨礙美國也做同樣的事情,”他說。
他說:“我們打算在美國建造這些反應堆,但不是第一個。”他說,在這個國家贏得監管批准的最佳方法是建造一個反應堆。“然後你就可以獲得資料,證明‘這是你能做的,這是它有效的證明。’”
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