石墨球床反应炉是什么?美国将打造新型试验型核电厂

美国田纳西河谷管理局(TVA)与新型核能研究公司Kairos Power日前宣布，将在东田纳西科技园区打造50MW低功率示范熔盐石墨球床反应炉(Pebble bed reactor，卵石床反应炉)，并将这新一代核电厂取名为Hermes。

图片来源：KAIROS POWER

田纳西河谷管理局为美国东南部7州约1,000万人提供电力，目前约有40%电力来自于核电，可以说是以核为主，TVA与Kairos Power合作后，将放行工程、运营与许可，让示范电厂建设更为顺利。

那么这座名字为Hermes的球床反应炉是什么技术呢?传统核反应炉多采用浓缩铀或是钚燃料棒，由控制棒来控制核反应，并用循环水来冷却炉心并推动涡轮，而Hermes石墨球床反应炉采用的燃料是网球大小的“球状物” ，这些球体外层包裹一层陶瓷，提高耐热度也避免石墨遇高温燃烧，内里则是核燃料与充当缓冲的石墨，最后反炉内就有如球池，塞满好几千颗燃料球，不需要控制棒就能产生并维持高温核反应。

这类核反应炉设计虽然功率密度比较低，但是较为安全，核燃料包覆在陶瓷中，也无机械辅助、散热效果佳，理论上不会出现炉心熔解的问题;该反应炉也是用氦、氮或二氧化碳气体当作冷却剂，在高温下直接推动涡轮引擎，由于不需要处理蒸汽，热平衡系统的热能效率也有所提高。

球床反应炉并非新技术，1947年就已登场，但至今由于成本高、石墨容易燃料，至今尚未规模商业化，而Hermes作为50MW的小型试验反应炉，则将采用熔融的氟盐取代气体。Kairos Power表示，如果用一般的水当作冷却剂，温度达100℃就会沸腾，更可能会突然发生闪蒸现象，如果改用氟盐，其沸点温度高达1,000℃，还能在常压下传递大量热量。

Hermes发电量约140 MWE，使用19.75%浓缩铀与石墨燃料球，工作温度约585℃。团队表示，氟盐化学性质稳定，不需要笨重又昂贵的高压安全壳结构，反应炉发生故障时，也能通过自然循环持续冷却反应炉。

随着相关气候政策出炉与反化石燃料世界趋势下，核电吸引力正欲来愈高，但这并不是打造更多传统的压水反应炉，对于拥有40%核电的田纳西河谷管理局来说，可能对更先进、不那么常见的核反应炉更有兴趣。