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外媒:假如--原子能变小

2019-05-30 19:02  

   曾经有一段时间核电站要拯救世界。除非发生事故,否则这些物质就会清洁并产生大量电力。然而,至少在美国,一些引人注目的事故和公众对一些关键问题的认识提高使得核电变得难以出售。据消息人士称,美国发展最快的核电相关业务是退役核电站的公司。然而,正在采取行动使核电再次成为可行的解决方案。该公司背后的公司表示,他们的工厂建造成本更低,运营成本更低,并且比传统工厂更安全。这些说法合理吗?  基本理念  核裂变装置很容易理...


  
      曾经有一段时间核电站要拯救世界。除非发生事故,否则这些物质就会清洁并产生大量电力。然而,至少在美国,一些引人注目的事故和公众对一些关键问题的认识提高使得核电变得难以出售。据消息人士称,美国发展最快的核电相关业务是退役核电站的公司。然而,正在采取行动使核电再次成为可行的解决方案。该公司背后的公司表示,他们的工厂建造成本更低,运营成本更低,并且比传统工厂更安全。这些说法合理吗?  基本理念

  核裂变装置很容易理解,因为它们的核心只是传统的蒸汽发生器。通常有一个清洁的水循环被加热到蒸汽,转动涡轮机,并旋转传统的发电机。如果我告诉你通过燃烧煤,天然气或其他燃料来加热,这将描述一个典型的发电机 - 节省水力发电,它使用水压来运行涡轮机。

  在典型的核电站中,水被另一个蒸汽/水回路加热。该主回路使用冷却剂,该冷却剂将变为放射性的并从核心吸收热量。来自该冷却剂的热量用于在清水循环中产生蒸汽。有一些反应堆使用核心的热量直接煮沸水,但这是不寻常的。还有一些其他不太常见的设计。例如,一种“增殖”反应堆类型,不仅使用相当于焊料(铅和铋)作为冷却剂,而且还产生比其消耗更多的燃料。

  为什么核心会变热?铀会偶尔分裂。如果你有足够的铀,很可能这些颗粒会撞击其他铀原子,导致它们分解。热量来自放射性衰变过程,以及粒子碰撞引起的能量。此外,反应器将吸收一些引起加热的伽马辐射。

  说到燃料,如果你想知道为什么核能与传统发电厂相比如此有趣,你只需要看一磅燃料的能量输出。理论上,1千克煤可以产生大约8千瓦时。1千克铀-235的完全裂变可产生24,000,000千瓦时。那不是印刷错误。这是2400万千瓦时!因此,铀的产量比同等数量的煤产量高出约300万倍。您可以点击美国能源部的相邻信息图,了解这意味着什么。根据它,一个典型的核反应堆可以照亮大约1亿个LED灯泡或替换300多万个太阳能电池板。

  规模经济

  典型的发电厂规模巨大,但这不是核反应堆的必要特征。毕竟,许多潜艇和船只使用反应堆,因此很明显可以将它们放在不需要占地面积的地方。大型发电厂的原因是经济而非技术。

  首先,获得工厂批准的成本是巨大的。所以你不妨一次做几个。你也可以通过控制室获得一些经济效益,虽然其中一些在过去导致了麻烦。高度可靠的控制系统也不便宜。将固定成本除以一定数量的运行反应堆来控制成本是有意义的。

  什么错了?

  当然,出现问题的原因是人们不喜欢核电存在一些问题,包括在燃料耗尽但仍具有放射性时如何处理燃料。然而,人们最担心的问题是核心正在融化。问题是,随着放射性衰变导致更多的衰变,它可能导致雪崩效应。因此,一个粒子将两个粒子分开,然后分裂四个,直到很快,你有数百万个粒子没有尽头。

  所以你必须有一种方法来带走正常的热量,你还必须有办法缓和原子反应。这可以通过引入不允许裂变的材料来或多或少地吸收一些飞来飞去的颗粒而不产生更多的颗粒来完成。水是一种常见的主持人。石墨和重水是其他一些选择。通常,反应器具有引入或多或少的适度以维持特定温度的方式。例如,石墨控制棒可能几乎不在核心内,但后来降低以吸收更多的中子。将杆完全放入 - 可能是因为控制电力失效 - 可以完全阻止核反应。在杆不实用的较小反应器中,可以使用中子毒物 实现类似的效果。

  通常,在没有缓和的情况下,核心温度将升高到非常高的温度。虽然这似乎是一件好事,但这太好了。反应器中的设备只能承受一定的热量。特别是,所有放射性物质通常都在收容所内,如果它融化,你手上就会发生灾难。这基本上是在切尔诺贝利发生的事情,但该反应堆在反应堆的压力容器周围没有安全壳结构。

  福岛有部分崩溃,三里岛也有。通过遏制结构融化是可能发生的一件坏事,但也有其他问题。当燃料及其周围材料熔化时,它们会形成氢气,然后可以迅速爆炸。同样,如果安全壳破裂,放射性物质可以扩散。

  新规模

  那么是什么让NuScale反应器与众不同呢?首先,它们体积小,含有足够的燃料,可运行约两年。如果您需要更多功率,我们的想法是将更小的反应堆安装到位 - 最多12个。因为它们很小,所以它们大多可以在异地建造并运送到准备好的位置。这类似于预制房屋的想法,应该降低成本。

  然而,与少数大型反应堆相比,控制许多较小的反应堆是昂贵的。NuScale称反应堆被动冷却,因此控制系统并不重要。可能发生熔化的典型方式是冷却泵发生故障或断电。温度会迅速升高 - 在许多情况下,即使通过插入所有调节剂来淬火反应器,如果无法将其除去,热量将继续增加。

  被动冷却可以避开这种情况。根据NuScale的说法,如果关闭所有控制电子设备,被动水冷却足以保证反应堆的安全。然而,批评者说,NuScale仍然需要遵守规则。NuScale表示,由于反应堆本质上是安全的,因此它们应该能够放弃一些可能导致高成本的规则。

  多么小?

  小是一个相对的术语。每个模块的高度为65英尺,直径为9英尺,重量约为700吨,需要将其分为三部分运输。安全壳建筑是76英尺乘15英尺。根据NuScale的说法,每个模块可以使用轻水配置和一组约6英尺长的浓缩燃料棒产生60兆瓦。如果您输入所有12个模块,理论上可以从工厂获得720兆瓦。

  作为参考,在美国目前运行的98个反应堆中,最小的是在纽约,可产生582兆瓦。最大的是在亚利桑那州,有三个反应堆可以输出近4,000兆瓦。世界上最大的公司位于日本,产量为8,000兆瓦。它使用7个反应堆,每个反应堆的总容量在1,100和1,356 MW之间 - 约为NuScale设备的20倍。

  NuScale显然已在爱达荷州国家实验室建立试验工厂。我们也听说中国和俄罗斯有类似的设计。然而,有些人指出,自核电初期以来,小型反应堆就已经存在。陆军和空军放弃了小型反应堆。一旦放入南极洲有无数问题,需要清除近15,000公吨的污染土壤。海军并不介意成本,因为反应堆允许它们具有运营优势,但他们并没有将它们用于经济。

  不过,很多技术都发生了变化。也许小型反应堆会在这个时候捕获。安全吗?我们不知道。该公司声称,如果你什么也不做,它将无限期地保持安全



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