希望熔盐反应堆取代老化水冷堆

到世纪中期，美国现有的许多核电机组，多大是老化的水冷堆，将退出运行。卢·奎尔斯( Lou Qualls)高兴地看到它们被“非能动”安全、熔盐冷却或熔盐燃料反应堆所取代。熔盐堆(MSR)是1950-60年代美国橡树岭国家实验室开发的熔盐堆技术。

Qualls是美国能源部核能办公室熔盐堆国家技术总监兼ORNL反应堆技术集成指挥。

Qualls毕业于田纳西大学(诺克斯维尔)核工程专业，博士学位。他说，“美国的目标是复活熔盐堆技术，使之可长期提供低碳能源”。

“在橡树岭，我们一直认为MSR技术值得重新考虑，因为它拥有的各种优势，其它技术无法提供。我的工作就是尝试讲述可信、可行的故事，促进熔盐堆的开发与部署”，以便私营厂商、投资者和监管部门确信，MSR可以成为可靠、安全、便宜的未来电源。

Qualls在橡树岭继续学习研究所(ORICL)周五早上的讲座上告诉与会者，在美国能源部和风险投资公司的支持下，几家公司希望在10年内建成它们首个熔盐冷却或熔盐燃料反应堆。还补充说，他们希望建造这种堆型并在15-20年内出售给公用事业电力公司。

Qualls说，“我是一个乐观主义者”，“但是，开发商，客户和监管部门必须达成共识”。

他指出，美国未来熔盐冷却和熔盐燃料反应堆发电装置的开发商，必须降低成本，与天然气涡轮机发电竞争。开发商正在寻求创建较小、工厂建造的反应堆，可以装入以前化石燃料机组占据间隔。Qualls说，除非有“市场订货”，否则不会销售新的MSR”。

此外，支持熔盐堆的，必然是美国已开发的工业基地。他指出，在今天的美国不可能买到MSR用的熔盐阀和泵。还补充说，3D打印或“定制”可解决这个问题。

Qualls说，“我们有个影响力很大的机会”。“熔盐堆是多功能的先进堆，提供了振兴核工业的希望。已证明它们是成功的。已经开发了各种新概念，而且可能在十年内投入运行。不过，还有很多工作要做”。

美国许多公司在从事熔盐堆技术研究，包括氟锂铍能源公司(FliBe Energy，基于ORNL的 MSR技术，开发液态氟化物钍堆)、凯洛斯能源公司(Kairos Power，开发氟盐冷却高温堆，使用固态浓缩铀燃料，增殖的钚是另一种核燃料)、泰拉能源公司(TerraPower，“行波堆”的开发商，微软联合创始人比尔·盖茨担任主席)，还有陆地能源公司(Terrestrial Energy，“一体化熔盐堆”IMSR的开发商)。

Qualls说，对熔盐堆技术感兴趣的其它国家包括欧洲国家、加拿大和中国。它们声称，将在几年之内建成原理证实、熔盐燃料或“球床”式反应堆。

在上个世纪50-60年代，能源部的前身，原子能委员会(AEC)审查了三种核发电方案：(轻)水冷堆、钠冷增殖堆、熔盐堆和熔盐增殖堆。由于美国海军成功使用压水堆推进潜艇，AEC首选专注水冷堆。而后考虑增殖技术，专注钠冷方案，而不是盐冷。

常用的轻水堆是安全的，也有两个问题。首先，它们需要坚强、厚重、昂贵的结构材料包容高压或高温水;其次，它们的固态铀燃料，在严重的“失冷事故”中可能熔毁。

据Qualls说，相比之下，熔盐堆提供“非能动”安全，成本较低，减小了事故的后果，规定和选址的方案更广，资源利用率更好，最终废物也更少。

熔盐冷却剂维持在正常大气压力下，因此，可使用的结构材料较薄，成本较低，不大可能损坏。

为了说明熔盐堆的“非能动”安全，Qualls描述它由一个壶、一台泵、一个热交换器(产生蒸汽发电)和一外加制冷的“冷冻塞”构成。他说，如果“壶”内的熔盐燃料或冷却剂太热了，堆芯的熔盐将使“冷冻塞”熔化并“排入一非能动冷却的、不可能核临界的结构”(见下图)。

Qualls说，凭借500万美元的预算，DOE可以在政策、分析和取证方面帮助MSR开发商。与此同时，必须收集更多数据，必须进行更多建模，以便更好地了解MSR系统中放射性核素的“命运”。它们是否呆在盐内、迁移入石墨慢化剂，还是沉积在反应堆部件的表面上(可能引起腐蚀)和废气系统中?

Qualls指出，相对于燃煤发电机组，熔盐堆的优势包括：实际上不排放影响气候的二氧化碳，能源密度非常高。

比高尔夫球还小的四个核燃料球，可在球床式、氟化物熔盐冷却的高温堆中“燃烧”，给一般的美国家庭提供一整年的电力。相比之下，在燃煤电厂产生相同数量的电，则必须燃烧8.1吨无烟煤或17吨褐煤。