工程师创建熔盐微核反应堆,更安全地生产核能

2022年10月13日08:48:26 科学 1697

核电站产生的电力是化石燃料的8000倍,并且对环境友好,但是当事故发生时,它们会产生重大影响,例如1986年的切尔诺贝利灾难。在随后的几年中,近100人在事故中或因辐射病而死亡。

杨百翰大学Brigham Young University教授和核工程专家马修·梅莫特(Matthew Memmott)和他的同事们设计了一个更安全的核能生产新系统:一个可以解决所有这些问题以及更多问题的熔盐微核反应堆。

美国使用的标准核反应堆轻水反应堆。铀原子被分裂以产生能量,剩余的产物将辐射出大量的热量。它们被保存在固体燃料棒中,水通过棒流过以保持一切足够凉爽。如果没有足够的冷却水流,棒可能会过热,整个设施都有核熔毁的风险。Memmott的解决方案是将这些放射性元素储存在熔盐中,而不是燃料棒中。

“如果以正确的方式进行,核能可以非常安全且非常实惠,”Memmott说。“对于我们所处的能源状况来说,这是一个非常好的解决方案,因为它没有排放或污染。

在梅莫特的新反应堆中,在核反应发生期间和之后,所有放射性副产物都溶解成熔盐。核元素可以在缓慢冷却的同时释放数十万年的热量或放射性,这就是为什么核废料如此危险(以及为什么在过去,找到一个地方处理它是如此困难)。然而,盐具有极高的熔化温度 - 550°C - 并且盐中这些元素的温度很快就会低于熔点。一旦盐结晶,辐射的热量将被吸收到盐中(不会重熔),从而消除了发电厂发生核熔毁的危险。

熔盐核反应堆设计的另一个好处是,它有可能消除危险的核废料。反应产物安全地包含在盐中,无需将其储存在其他地方。更重要的是,这些产品中有许多是有价值的,可以从盐中取出并出售。

例如,钼-99是一种非常昂贵的元素,用于医学成像程序和可以提取的扫描。美国目前从荷兰购买了所有钼-99,但有了这个反应堆,它可以很容易地在美国国内制造,使其更容易获得和负担得起。钴-60,金,铂,钕和许多其他元素也可以从盐中取出,从而可能没有核废料。

“当我们提取有价值的元素时,我们发现我们也可以去除氧气氢气,”Memmott说。“通过这个过程,我们可以使盐再次完全清洁并重新使用。我们可以无限期地回收盐。

一个典型的核电站建造在一个多平方英里的运行中,以减少辐射风险,核心本身为30英尺x 30英尺。Memmott的熔盐核反应堆是4英尺x 7英尺,并且由于没有熔毁的风险,因此不需要在其周围形成类似的大区域。这个小型反应堆可以产生足够的能量来为1000个家庭供电。研究小组表示,运行该反应堆所需的一切都设计为适合40英尺的卡车车厢;这意味着这个反应堆甚至可以使电力进入非常偏远的地方。

其他帮助这个项目的人是杨百翰大学教授特洛伊·芒罗,斯特拉·尼克尔森,约翰·哈布,尤里·霍万斯基,本·弗兰德森和杨百翰大学研究生安德鲁·拉森。

Memmott使用硅芯片的类比来比较这个新反应堆与旧反应堆的能力。当计算机首次发明时,需要一个巨大的真空管来控制电子流动,整个房间才能运行一个非常有限,非常简单的计算机。我们不再使用这项技术,因为有人发明了一种硅芯片,这使得技术能够发展到我们今天拥有的微小而高效的设备。硅芯片解决了早期计算机的问题,这个熔盐反应堆可以解决当前核反应堆的问题。

梅莫特表示,在过去的60年里,人们有一种直觉反应,认为核是坏的,它很大,很危险,这些看法是基于第一代的潜在问题。但拥有熔盐反应堆相当于拥有硅芯片,人们可以拥有更小、更安全、更便宜的反应堆,并摆脱这些问题。


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熔盐微型核反应堆小到可以放进卡车的后面

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