球床反应堆和小型模块化反应堆是目前最受欢迎的核电站类型

这是本系列的第六期也是最后一期。如要从头读，请在下方点击阅读：

第1部分：可再生能源，是“新能源”时代的最佳方案？详解核能&碳中和未来

第2部分：过度使用“可再生能源”，却物极必反？分析德国能源转型的僵局

第3部分：法国核电水平，竟远超德国？押宝核能的法国，能源未来将是好是坏

第4部分：核废料问题，竟然可以完美解决？解析目前核电站的缺点&解决方案

第5部分：无污染核废料的核反应堆，真的可行吗？熔盐&行波核反应堆篇

球床高温反应器

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球床（卵石床）高温反应堆之所以得名，是因为核燃料是装在网球大小的球体（“卵石”）中，而不是装在传统的燃料棒中。每个燃料球由数千个微小的燃料颗粒组成，每个颗粒被包裹在多层耐高温陶瓷材料中，并嵌入石墨球中。

将燃料封装在这些陶瓷“涂层颗粒”中，即使在很高的温度下，也能防止放射性裂变产物逸出。这极大地提高了系统的安全性。结合其他被动安全特性，它排除了在所有事故情况中大规模释放放射性物质的可能性。

球床高温反应器安全性的第二大优势是——其负温度系数非常大，这意味着随着温度的升高，链式反应的效率会迅速下降。其结果是，仅从物理学角度来看，当反应堆内的温度超过某一水平时，裂变反应就会停止。

对于安全性的可靠性：德国尤利希（Jülich）的AVR实验反应堆，以及后来在中国的HTR-10实验反应堆上，都极为完美地地证明了这一点。当发生事故时，控制棒被收回，主动冷却系统被关闭，最终确保任何危机都没发生。温度上升到预先设计的最高水平，实验显示燃料球均保持完好无损，并没有明显的放射性释放。

球床（卵石床）高温反应堆的第三个主要优点是它可以连续不断地加注燃料。 通常来说，传统的反应堆必须每1-2年进行一次换料。在此期间，核电站必须关闭，打开反应堆堆芯容器，取出并储存乏燃料棒，然后用新的燃料进行替换。由于高辐射水平，这些操作必须通过远程控制来完成。换料操作通常需要3-5周，在此期间，核电站不生产电力。因此，这些断电式“加油”自然而然会增加了核能发电的成本。

相比之下，在球床（卵石床）反应堆中，有一个连续的加料过程：燃料球离开反应堆漏斗形底部的堆体，而新燃料球（或回收的旧燃料球）则被添加到堆体顶部。期间发电过程持续不间断。

最后，该反应堆被设计成在高温下运行，发电效率相应提高，并有可能产生工业用过程热的潜力。它使用氦气（一种惰性气体）作为冷却剂，防止了不必要的化学副反应，进一步提高了系统的安全性。

球床（卵石床）床反应堆是由德国的鲁道夫·舒尔滕（Rudolf Schulten）教授开发的，在德国，一个小型试验反应堆，即上述的AVR，运行了20多年。后来又建造了一个全尺寸的动力反应堆，即300兆瓦的THTR，它被设计成能够与铀钍混合燃料一起运行。THTR项目遭遇了一系列技术问题和反核运动的大规模攻击。但反应堆仅运行了三年，于1988年关闭。

随后，高温气冷堆（HTR）的设计在中国找到了“停靠的港湾”。自2003年以来，清华大学开始运行一台10兆瓦的原型机。前年，一个210兆瓦的高温气冷（HTR）示范核电站在山东省建成。它被称为HTR-PM，由两个反应堆模块组成。这是世界上第一个商业化核能发电站。

工作人员在装载前检查HTR-PM的球形慢化剂元件

可用于“大规模生产”的小型模块化反应堆（SMR）

反应堆创新的另一个主旨是——开发更加小巧紧凑、标准化的反应堆模块，以此来降低核能的成本，并增加其灵活性，这些模块可以在工厂生产并轻松地运输至核电站现场。核电站通常会结合2个及以上的单位，以达到预期所需的电量产出。随着时间的推移，还可以增加更多的机组。在集中化设施中，“大规模批量生产”反应堆模块化组件将比在现场建造便宜得多，而且标准化设计将简化许可审批等一系列繁琐流程。此外，由于其低成本特性——启动资金也只是建设一个传统大型核电站所需资金的一小部分，这使得此类核电站的建设更为容易并迅速。

小型模块化反应堆（SMR）的历史，可以追溯到核潜艇的诞生和后来的航空母舰反应堆的发展。自20世纪50年代以来，大约有700座这样的反应堆被用于为海上舰船提供动力，其中许多反应堆在设计和建造上都实现了标准化。除了少数几艘以外，大部分都是为军舰建造的，从苏联时期至今，俄罗斯已经相当成功地使用了小型反应堆为其北极破冰船提供动力。此外，俄罗斯还运营着世界上唯一的核动力集装箱船“塞夫莫尔普特（Sevmorput ）”号。

俄罗斯阿卡德米克·罗蒙诺索夫（Akademik Lomonosov）浮动核电站

在这一经验基础上，俄罗斯国家核电公司Rosatom开发了一个浮动核电站，其可以通过水路运输到沿海地区，为当地社区和地区供电。去年年底，俄罗斯开始运营其首个浮动核电站——罗蒙诺索夫上将号(Admiral Lomonosov)。该核电站有两座标准的KLT-40型反应堆，用于核破冰船。罗蒙诺索夫上将号(Admiral Lomonosov)可以提供大约70兆瓦的电力，目前其主要安装在该国远东地区楚科特卡省的佩维克县。这座核电站是该系列核电站中的第一座产品，同时Rosatom公司打算将其推向全球市场。

近年来，将具有竞争力的SMR反应堆产品推向市场的热潮日益激烈。这场竞赛既有老牌的核供应公司，也有各种新的核供应公司。其中，SMR的商业化竞争者：中核能源科技有限公司(Chinergy)、西屋电气(Westinghouse)、通用日立(GE-Hitachi)、NuScale和先进反应堆概念公司(Advanced Reactor Concepts)。然而，任何一个想赢得这场竞争的人，都必须在某处建造他们的第一个完全商业化的SMR。在这种情况下，中国具有一个明显的优势，因为SMR的原型机已经在国内建成（见下文），这项工作另一个先天优势是得到了政策支持，而且我们的体制优势使得实现核电项目总体上要容易得多（集中力量办大事）。这也使得中国也成为欧美公司最为希望建设项目的所在地——另外，技术共享也是一个极具吸引力的条件。

美国著名SMR公司NuScale及其竞争对手日立通用电气（GE Hitachi）就是一个例子，他们的策略之一就是开发一种经过试验验证的反应堆类型的更为小型化、更简化版本——在这种情况下，这种类型的轻水堆被称为压水堆（Pressure water reactor）的轻水反应堆子类型。两家公司都声称具有高度的内置、被动安全性，并大幅降低了每兆瓦电力的资本成本。NuScale公司似乎已经落地了一个具体的项目：在美国爱达荷州国家实验室的一个地点建造一个12个模块的参考核反应堆工厂。第一个模块计划在2026年上线。

与此同时，中国核工业集团公司去年宣布启动一个基于压水堆技术的“小型多用途模块化反应堆”示范项目。该示范堆被命名为 "玲珑一号"，预计将于2025年在海南昌江投产。此外印尼和韩国也在研究类似类型的小型模块化反应堆。

总体来看，SMR的格局正在快速发展。

最后谈谈对于核电的想法

可以说，虽然取得了实质性进展，但对于核裂变动力问题还没有找到100%令人满意的解决办法。从目前来看，世界不能没有核能，因此我们目前只能接受一些风险和妥协，直到有更好的办法出现。

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所谓低能核反应(LENR)存在的证据表明，通过核过程产生基本上没有放射性的能量是可能的。这具有巨大的潜在前景。一方面，有许多相对简单的实验给出了净过剩热，特别是日本的实验已经证明了良好的可重复性。但是还有很多未知数，包括如何在实际应用中调节和控制LENR过程。目前仍缺乏确凿的物理解释。乐观的方面来看，人们可以设想其作为一个相对短期的应用作为一个低或中温热源。在许多LENR实验中发现的嬗变证据，也表明了一种消除放射性废物的潜在方式；日本已经朝这个方向进行了研究。

“热核聚变”——是一种完全不同的原则：在这里，人们对基本物理很了解，但在经济上可行的热核聚变动力源的开发过程中，技术上的困难仍然是巨大的。另一方面，热核聚变有可能获得比裂变反应堆或任何其他已知能源技术高几个数量级的功率密度。未来可能是光明的。

最后，虽然“气候问题”和“碳中和”是如今的主流趋势，但我认为人们不应该100%盲目相信

目前数学气候模型的预测。但无论怎样，我们必须考虑，即使人类造成的二氧化碳排放量减少到零之后，气候变化仍将继续的可能性。这就更有理由避免某些某些不切实际、极端或想要转移矛盾的政策——比如过度投资于所谓的可再生能源，这将削弱实体经济，削弱各国应对未来环境状况的能力，并对一些极端恶劣气候下的能源生产能力产生重大影响，例如前段时间的加州缺电事件。

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撰写： GolevkaTech

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