更安全的第四代核技術有新進展,荷蘭完成熔鹽核燃料輻射測試

發佈日期: 2019 年 10 月 04 日 16:43 | 作者: | 分類: 產業資訊

第四代核反應爐在發電量、安全性各方面來說都優於現在的二、三代反應爐,而最近荷蘭已完成熔鹽核燃料(molten nuclear fuel salts)輻射測試,這是睽違 50 幾年來、同類型的核能再度進行實驗,將有助加速第四代核能的研究進展。

目前常見的輕水反應爐主要是以水作為冷卻劑及慢化劑,相較之下,熔融鹽反應爐技術截然不同,熔鹽反應爐從主冷卻劑到燃料都是炙熱的熔鹽混合物,因此它能在高溫下工作、維持高熱效率,進而降低機械應力與提高安全性。

而熔鹽反應爐其實也不算是新興技術,早在 1950 年代就已問世,美國 1954 年的飛行器反應爐試驗便是一例,更在 1965 年進行熔鹽反應爐試驗,只是最後因挑戰難克服、不符趨勢,最後都沒有繼續研發。

如今荷蘭核研究諮詢集團(NRG)再啟研究,從 2015 年就開始在佩滕的高通量反應爐(high neutron flux reactor)進行 SALIENT-01 實驗,這 5 年間的實驗包括尋找合適建材、如何處理與提純熔融鹽、怎麼處置副產品等,甫結束的輻射實驗就是希望能更加了解熔鹽的輻解(Radiolysis)過程,觀察熔融鹽燃料冷卻至室溫溫度後的變化。

圖片來源:US Department of Energy Nuclear Energy Research Advisory Committee [Public domain], via Wikimedia Commons

熔融反應爐有許多優勢,除了鈾以外,也能使用更豐富、產生的核廢料少也更安全的釷元素,甚至能直接使用現行的用過核燃料;其二,一般的核電廠需要關閉才能添加燃料,但熔融反應爐不需要關閉反應爐即可重填燃料,透過化工廠過濾掉舊的燃料棒,再加入新的燃料就好,因此核電廠在「加油」時還是可以發電。

其三,由於熔融反應爐是在較低壓下運作,也不會像傳統核電廠一樣產生蒸氣或是有爆炸風險的氫氣,安全性更高;其四,由於這類反應爐的溫度較高,熱效率也更高、設備尺寸也更小。

最重要的是,熔融鹽在高溫加熱時會膨脹,假如發生失控反應,膨脹就會立刻停止,若不幸遇到緊急狀況,熔鹽反應爐也會有相對應的措施,屆時會直接把熔融鹽倒入水槽(drainage tanks)中,降低鹽度並終止反應。

不過熔鹽反應爐也有其挑戰,不然早已商業化、2018 年熔鹽反應爐開發商 Transatomic 也不會因為無法規模化而關門。其中熔鹽燃料又熱、腐蝕性又強,若設備材料沒有選好,可能就會不斷地腐蝕設備,或是設備因放射性損傷(radioactive damage)而脆化,提高建材成本。

而隨著技術日新月異,目前的科技或許能解決過去的難題,NRG  研究員 Ralph Hania 表示,目前團隊已經能仔細觀察輻射鹽,得知熔鹽燃料冷卻至室溫溫度時,會發生什麼事。未來 NRG 也決定在 2020 年開始進行輻射實驗,進一步驗證反應爐的選材是否正確。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:NRG

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