工程師創建熔鹽微核反應堆,更安全地生產核能

2022年10月13日08:48:26 科學 1697

核電站產生的電力是化石燃料的8000倍,並且對環境友好,但是當事故發生時,它們會產生重大影響,例如1986年的切爾諾貝利災難。在隨後的幾年中,近100人在事故中或因輻射病而死亡。

楊百翰大學Brigham Young University教授和核工程專家馬修·梅莫特(Matthew Memmott)和他的同事們設計了一個更安全的核能生產新系統:一個可以解決所有這些問題以及更多問題的熔鹽微核反應堆。

美國使用的標準核反應堆輕水反應堆。鈾原子被分裂以產生能量,剩餘的產物將輻射出大量的熱量。它們被保存在固體燃料棒中,水通過棒流過以保持一切足夠涼爽。如果沒有足夠的冷卻水流,棒可能會過熱,整個設施都有核熔毀的風險。Memmott的解決方案是將這些放射性元素儲存在熔鹽中,而不是燃料棒中。

「如果以正確的方式進行,核能可以非常安全且非常實惠,」Memmott說。「對於我們所處的能源狀況來說,這是一個非常好的解決方案,因為它沒有排放或污染。

在梅莫特的新反應堆中,在核反應發生期間和之後,所有放射性副產物都溶解成熔鹽。核元素可以在緩慢冷卻的同時釋放數十萬年的熱量或放射性,這就是為什麼核廢料如此危險(以及為什麼在過去,找到一個地方處理它是如此困難)。然而,鹽具有極高的熔化溫度 - 550°C - 並且鹽中這些元素的溫度很快就會低於熔點。一旦鹽結晶,輻射的熱量將被吸收到鹽中(不會重熔),從而消除了發電廠發生核熔毀的危險。

熔鹽核反應堆設計的另一個好處是,它有可能消除危險的核廢料。反應產物安全地包含在鹽中,無需將其儲存在其他地方。更重要的是,這些產品中有許多是有價值的,可以從鹽中取出並出售。

例如,鉬-99是一種非常昂貴的元素,用於醫學成像程序和可以提取的掃描。美國目前從荷蘭購買了所有鉬-99,但有了這個反應堆,它可以很容易地在美國國內製造,使其更容易獲得和負擔得起。鈷-60,金,鉑,釹和許多其他元素也可以從鹽中取出,從而可能沒有核廢料。

「當我們提取有價值的元素時,我們發現我們也可以去除氧氣氫氣,」Memmott說。「通過這個過程,我們可以使鹽再次完全清潔並重新使用。我們可以無限期地回收鹽。

一個典型的核電站建造在一個多平方英里的運行中,以減少輻射風險,核心本身為30英尺x 30英尺。Memmott的熔鹽核反應堆是4英尺x 7英尺,並且由於沒有熔毀的風險,因此不需要在其周圍形成類似的大區域。這個小型反應堆可以產生足夠的能量來為1000個家庭供電。研究小組表示,運行該反應堆所需的一切都設計為適合40英尺的卡車車廂;這意味著這個反應堆甚至可以使電力進入非常偏遠的地方。

其他幫助這個項目的人是楊百翰大學教授特洛伊·芒羅,斯特拉·尼克爾森,約翰·哈布,尤里·霍萬斯基,本·弗蘭德森和楊百翰大學研究生安德魯·拉森。

Memmott使用硅晶元的類比來比較這個新反應堆與舊反應堆的能力。當計算機首次發明時,需要一個巨大的真空管來控制電子流動,整個房間才能運行一個非常有限,非常簡單的計算機。我們不再使用這項技術,因為有人發明了一種硅晶元,這使得技術能夠發展到我們今天擁有的微小而高效的設備。硅晶元解決了早期計算機的問題,這個熔鹽反應堆可以解決當前核反應堆的問題。

梅莫特表示,在過去的60年里,人們有一種直覺反應,認為核是壞的,它很大,很危險,這些看法是基於第一代的潛在問題。但擁有熔鹽反應堆相當於擁有硅晶元,人們可以擁有更小、更安全、更便宜的反應堆,並擺脫這些問題。


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熔鹽微型核反應堆小到可以放進卡車的後面

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