美国能源部资助两种先进反应堆研发

2016-05-03伍浩松,赵宏

国外核新闻 2016年2期

美国能源部资助两种先进反应堆研发

【本刊2016年2月综合报道】美国能源部（DOE）2016年1月15日宣布，将在未来几年为X-能源公司（X-energy）和南方服务公司（Southern ComPany Services）各提供总额达8000万美元的资助，以进一步推进两种先进反应堆设计的研发：Xe-100球床高温气冷堆和氯化物熔盐快堆（MCFR）。

能源部的这一决定是在完成一个招标过程之后做出的。能源部未来将以费用共担的方式推进Xe-100球床高温气冷堆和氯化物熔盐快堆的研究工作。这两个项目的初始投资额均为600万美元，最终投资总额均将达8000万美元。

这一行动是在能源部加速核能创新接口（GAIN）倡议下以公私合作方式推进核能研发的实例。加速核能创新倡议2015年11月由美国政府宣布，其目的是使核工业界能够获得能源部的技术、监管和财务支持，从而加速推进新型先进反应堆设计的商业化进程。

X-能源正在与下述机构合作研发Xe-100球床高温气冷堆：BWX技术公司（BWXT）、俄勒冈州立大学、特莱丁·布朗工程公司（Te1edyne-Brown Engineering）、SGL集团（SGL GrouP）、爱达荷国家实验室（INL）和橡树岭国家实验室（ORNL）。根据能源部提供的信息，这种先进反应堆的安全特性及其小于传统反应堆的尺寸，使其能够在确保公共安全的同时服务于更广泛的社区——尤其是人口稠密区。

这种设计基于能源部以前投资的三向同性（TRISO）燃料技术。X-能源表示，能源部的资助将主要用于技术研发，包括堆芯模拟、燃料制造以及核管会（NRC）“拓展”。

南方服务公司是南方公司（Southern ComPany）的子公司，正在与下述机构合作研发氯化物熔盐快堆技术：泰拉能源公司（Terra Power）、美国电力研究所（EPRI）、范德比尔特大学和橡树岭国家实验室。能源部的资助将用于开展综合效应研究和材料适宜性研究。

Xe-100反应堆

Xe-100是一种125 MWt/45 MWe球床高温气冷堆，基于过去50年的高温气冷堆研发和运营经验，并充分利用了美国能源部投资4亿多美元获得的石墨和TRISO燃料技术研究成果。

图1　Xe-100反应堆系统配置图

一座标准Xe-100电厂将由4个反应堆模块构成，总装机容量为180 MWe。除了发电，Xe-100还可用于热电联供。

这种反应堆使用具有固有安全性的球形燃料（见图2）。在这种球形燃料中，铀碳氧化物（UCO）内核被碳层和陶瓷层包裹，因此能阻止放射性物质的释放；TRISO颗粒能够使各颗粒之间保持个体的独立性，一个颗粒的完整性受损不会使其他颗粒也受损；包覆着TRISO颗粒的石墨能够慢化反应。

图2　Xe-100反应堆的燃料结构

Xe-100的内在安全通过下述特性得到保证：相对较低的功率密度（约3.7 MW/m3）、石墨构件布局带来的强热惯性以及在反应堆所有运行状态中的大负温度系数。球形燃料中的独立裂变产物释放屏障（例如碳层和陶瓷层）进一步加强了反应堆的安全性。此外，由于建议将反应堆建在地下，且采用模块式布局，因此反应堆对飞行器撞击或恶劣天气的承受能力较强。

总而言之，Xe-100相对于其他反应堆设计的独特之处在于：

·超安全——非能动冷却设计可防止堆芯熔毁，独立的放射性核素屏障实际上消除了放射性核素释放的风险。

·小厂区占地面积——厂区的占地面积小，因此可以建在重要的军事基地、现有的“棕地”（根据美国相关法律，“棕地”是一些不动产，这些不动产因为现实的或潜在的有害和危险物的污染而影响到它们的扩展、振兴和重新利用）电厂以及其他位置。

·小应急计划区——超安全设计使得应急计划区能够位于厂区边界内，因此能够在人口稠密区建设Xe-100电厂。

·安全的厂区——反应堆及其控制设施位于地下，因此能够承受地震或人为攻击的影响。

·逐步建设——由于采用的模块化建设方法，因此可以在一座电厂中逐步增加反应堆模块的数量，从而降低前期投资费用。

·可靠性——由于能够进行自动换料，因此Xe-100实际上消除了换料停堆，这使得电厂的容量因子可超过95%。