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2019-10-01 | 科技新報

更安全的第四代核技術有新進展,荷蘭完成熔鹽核燃料輻射測試

更安全的第四代核技術有新進展,荷蘭完成熔鹽核燃料輻射測試

第四代核反應爐在發電量、安全性各方面來說都優於現在的二、三代反應爐,而最近荷蘭已完成熔鹽核燃料(molten nuclear fuel salts)輻射測試,這是睽違 50 幾年來、同類型的核能再度進行實驗,將有助加速第四代核能的研究進展。

更安全的第四代核技術有新進展,荷蘭完成熔鹽核燃料輻射測試

目前常見的輕水反應爐主要是以水作為冷卻劑及慢化劑,相較之下,熔融鹽反應爐技術截然不同,熔鹽反應爐從主冷卻劑到燃料都是炙熱的熔鹽混合物,因此它能在高溫下工作、維持高熱效率,進而降低機械應力與提高安全性。

而熔鹽反應爐其實也不算是新興技術,早在 1950 年代就已問世,美國 1954 年的飛行器反應爐試驗便是一例,更在 1965 年進行熔鹽反應爐試驗,只是最後因挑戰難克服、不符趨勢,最後都沒有繼續研發。

如今荷蘭核研究諮詢集團(NRG)再啟研究,從 2015 年就開始在佩滕的高通量反應爐(high neutron flux reactor)進行 SALIENT-01 實驗,這 5 年間的實驗包括尋找合適建材、如何處理與提純熔融鹽、怎麼處置副產品等,甫結束的輻射實驗就是希望能更加了解熔鹽的輻解(Radiolysis)過程,觀察熔融鹽燃料冷卻至室溫溫度後的變化。

(Source:US Department of Energy Nuclear Energy Research Advisory Committee [Public domain], via Wikimedia Commons)

熔融反應爐有許多優勢,除了鈾以外,也能使用更豐富、產生的核廢料少也更安全的釷元素,甚至能直接使用現行的用過核燃料;其二,一般的核電廠需要關閉才能添加燃料,但熔融反應爐不需要關閉反應爐即可重填燃料,透過化工廠過濾掉舊的燃料棒,再加入新的燃料就好,因此核電廠在「加油」時還是可以發電。

其三,由於熔融反應爐是在較低壓下運作,也不會像傳統核電廠一樣產生蒸氣或是有爆炸風險的氫氣,安全性更高;其四,由於這類反應爐的溫度較高,熱效率也更高、設備尺寸也更小。

最重要的是,熔融鹽在高溫加熱時會膨脹,假如發生失控反應,膨脹就會立刻停止,若不幸遇到緊急狀況,熔鹽反應爐也會有相對應的措施,屆時會直接把熔融鹽倒入水槽(drainage tanks)中,降低鹽度並終止反應。

不過熔鹽反應爐也有其挑戰,不然早已商業化、2018 年熔鹽反應爐開發商 Transatomic 也不會因為無法規模化而關門。其中熔鹽燃料又熱、腐蝕性又強,若設備材料沒有選好,可能就會不斷地腐蝕設備,或是設備因放射性損傷(radioactive damage)而脆化,提高建材成本。

而隨著技術日新月異,目前的科技或許能解決過去的難題,NRG 研究員 Ralph Hania 表示,目前團隊已經能仔細觀察輻射鹽,得知熔鹽燃料冷卻至室溫溫度時,會發生什麼事。未來 NRG 也決定在 2020 年開始進行輻射實驗,進一步驗證反應爐的選材是否正確。

Major molten salt nuclear fuel test completed
Historic milestone reached in research into molten salt inside High Flux Reactor

(首圖來源:NRG)

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