美国约70家公司正在发展先进核反应堆，其中六七家已与监管机构合作

这周我脑子里想的都是核能。核电站的工作原理一直让我着迷。它们规模庞大、技术复杂、而且感觉有点神奇（分裂原子是多么神奇的概念）。但最近我对它们的痴迷达到了新的高度，因为在过去的一周左右时间里，我一直在研究先进的核技术。

先进核反应堆是一个模糊的类别，基本上与现在运行的商业反应堆截然不同，因为这些反应堆基本上都遵循相同的通用公式。而这其中存在着各种各样的可能性。

我主要关注的是 Kairos Power 公司正在开发的版本。但我也深入了解了未来核电站的其他潜在方案。

基础知识

在我们进入深度内容之前，让我们了解一下基础知识。

核电站通过裂变反应发电，原子在裂变反应中分裂，以热量和辐射的形式释放能量。分裂过程中释放的中子与其他原子碰撞并分裂，从而产生连锁反应。

在今天的核电站中，基本上有两个绝对重要的部分。首先是燃料，它是反应的原料（这一点的重要性显而易见）。其次，链式反应必须以可控的方式发生，否则就会发生核泄露。

因此，核电站的另一个重要部件就是冷却系统，它可以防止整个设备温度过高而导致的问题。

图 | Kairos Power 是致力于发展替代核反应堆技术的公司之一（来源：KAIROS POWER）

在目前绝大多数反应堆中，这两个组成部分都遵循相同的通用公式：燃料是浓缩铀，将其装入陶瓷颗粒，装入金属管道，然后排列到反应堆的堆芯中。冷却系统向反应堆周围泵送加压水，以保持温度可控。

但出于种种原因，各家公司开始着手改变这一久经考验的方案。倡导使用核能的政策研究机构 Good Energy Collective 的联合创始人兼联合执行董事杰西卡·洛夫林（Jessica Lovering）表示，美国大约有 70 家公司正在设计先进的核反应堆，其中有六七家公司已经与监管机构开展了合作。

其中许多所谓的先进技术都是在 50 多年前发明的，甚至已经得到了验证，而在当时整个行业还没有统一采用标准的水冷式核电站设计。

但现在，人们对替代核反应堆的启动和运行重新产生了兴趣。整体来看，新的设计有助于提高安全性、效率甚至成本。

冷却液

与水基设计相比，替代冷却剂可以提高安全性，因为不需要始终保持高压。许多替代冷却剂还可以达到更高的温度，从而使反应堆的运行效率更高。

熔盐是替代冷却剂的主要竞争者之一，它被用于 Kairos Power 公司、Terrestrial Energy 公司和 Moltex Energy 公司的产品设计之中。这些设计使用的燃料更少，产生的废料更易于管理。

其他公司正在寻找液态金属，包括钠和铅。目前有几座钠冷却反应堆正在运行，主要集中在俄罗斯，该国在开发铅冷却反应堆方面也处于领先地位。据了解，金属冷却反应堆具有熔盐设计的许多潜在安全优势。

氦和其他气体也可以用于达到比水冷系统更高的温度。目前，X-energy 公司正在设计一种使用氦气的高温气体冷却反应堆。

燃料

大多数使用替代冷却剂的反应堆也使用替代燃料。

TRISO 或三结构各向同性颗粒燃料，是最受欢迎的选择之一。TRISO 颗粒含有铀，被包裹在陶瓷和碳基层中。

这样可以保持燃料的密封性，将裂变反应的所有产物都保留在内部，并使燃料能够抵抗腐蚀和熔化。Kairos Power 和 X-energy 都计划在其反应堆中使用 TRISO 燃料。

其他反应堆使用 HALEU，这是一种高含量的低浓缩铀。商业反应堆中使用的大多数核燃料含有 3% 至 5% 的铀-235。而 HALEU 含有 5% 至 20% 的铀-235，使反应堆能够在更小的空间内获得更大的能量。

大小

除了改变燃料和冷却剂等方面的细节外，许多公司还在努力建造不同（主要是较小）尺寸的反应堆。

如今，大多数即将并网发电的反应堆都非常庞大，功率在 1000 兆瓦或更大，足以为数十万家庭供电。建造这些庞大的项目需要很长时间，而且每个项目都需要定制的流程。

小型模块化反应堆（SMR，Small modular reactors）可能更容易建造，因为每个反应堆的程序都是相同的，这类似于一条巨大的装配线上进行制造。

NuScale Power 一直是这一领域的领军企业之一，其反应堆设计使用商业燃料和水冷却剂，但整体规模较小。不过，近几个月来，该公司的情况并不太好：它的第一个项目几乎已经夭折。

2024 年 1 月初，该公司解雇了近 30% 的员工。其他公司仍在高举 SMR 的火炬，其中许多公司还在寻求替代燃料和冷却剂。

作者简介：凯茜·克龙哈特（Casey Crownhart），是《麻省理工科技评论》的气候记者，专注于可再生能源、交通以及技术如何应对气候变化。她还曾是一名自由科学和环境记者，为 Popular Science 和 Atlas Obscura 等媒体撰稿。在从事新闻工作之前，她是一名材料科学的研究员。

支持：大义

排版：罗以