美國《大眾科學(xué)》雜志日前刊文介紹了麻省理工大學(xué)兩位年輕科學(xué)家萊絲莉·德萬和馬克·馬修對(duì)核能發(fā)展的一些理念，其中提到了熔鹽反應(yīng)堆。

　　20世紀(jì)60年代，美國科學(xué)家們聚集在田納西州的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室里針對(duì)熔鹽反應(yīng)堆進(jìn)行了大量試驗(yàn)。然而，由于經(jīng)費(fèi)問題，以及輕水反應(yīng)堆逐漸成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，熔鹽反應(yīng)堆逐漸被人們遺忘。

　　兩位科學(xué)家對(duì)此感到不可思議。因?yàn)槿埯}反應(yīng)堆比今天所用的輕水反應(yīng)堆更加安全。熔鹽反應(yīng)堆用的不是固體鈾燃料而是液體燃料，從而降低了核反應(yīng)堆堆心熔毀的可能性。

　　年輕一代科學(xué)家更關(guān)注氣候變化，往往愿意重新審視核能，這讓他們覺得熔鹽反應(yīng)堆不應(yīng)該被冷落。然而，要與廉價(jià)的煤炭和天然氣競爭，新型反應(yīng)堆必須要更安全更高效。

　　他們認(rèn)為，在輕水反應(yīng)堆中，帶有鈾塊的燃料棒浸沒在水中，使中子速度減慢導(dǎo)致核裂變，使燃料棒發(fā)熱，而被加熱的水就帶動(dòng)蒸汽渦輪產(chǎn)生電能。這一體系雖然可以達(dá)到目的，但是存在兩個(gè)問題。

　　第一個(gè)問題是，核裂變產(chǎn)生的像氪和氙這樣的有毒氣體會(huì)在燃料棒上積聚，這些氣體會(huì)消耗中子，最終導(dǎo)致裂變反應(yīng)中止。所以，燃料棒必需每隔大約四年更換一次，但這時(shí)還有96%的能量未被使用，因此產(chǎn)生的高放射性核廢料，必須永久存儲(chǔ)在安全的地方。另一個(gè)問題是，輕水反應(yīng)堆需要電能把冷水不停地送到放有燃料棒的反應(yīng)堆堆芯，以防止過熱現(xiàn)象發(fā)生。

　　作為核裂變反應(yīng)堆的一種，熔鹽反應(yīng)堆（MSR）的主冷卻劑是一種熔融態(tài)的混合鹽，它可以在高溫下工作（可獲得更高的熱效率）時(shí)保持低蒸汽壓，從而降低機(jī)械應(yīng)力，提高安全性，并且比熔融鈉冷卻劑活性低。

　　而且，熔鹽反應(yīng)堆使用的燃料是鈾鹽，加熱超過500°C時(shí)，燃料鹽由固態(tài)變成液態(tài)，液態(tài)鹽流經(jīng)氫化鋯，使中子速度減慢，導(dǎo)致核裂變產(chǎn)生熱量。由于不使用燃料棒，氪和氙不會(huì)積聚，而是不斷被排出。熔鹽反應(yīng)堆被形容為“一個(gè)燉鍋”，可以幾十年如一日地一直運(yùn)轉(zhuǎn)。這就是熔鹽反應(yīng)堆可以達(dá)到96%燃燒率的原因，能夠把鈾留在里面，而不停地排出導(dǎo)致核反應(yīng)中止的有毒氣體。燃料鹽流經(jīng)一個(gè)帶有排泄口的圓環(huán)，排泄口用防凍塞（電致冷的冷凍鹽塊）封閉。如果反應(yīng)堆停電，防凍塞就會(huì)熔化，燃料會(huì)排入槽箱，冷卻凝固。

　　目前，在美國盡管還沒有熔鹽反應(yīng)堆應(yīng)用到核電站中，但原子能轉(zhuǎn)換（Transatomic Power）公司正在研究一種新型的熔鹽反應(yīng)堆。在其看來，傳統(tǒng)輕水反應(yīng)堆只能燃燒4%的燃料，而新熔鹽反應(yīng)堆可以燃燒96%的燃料。

　　此外，這種反應(yīng)堆理論上完全不會(huì)發(fā)生事故，且可以使用其他反應(yīng)堆用過的燃料。據(jù)了解，現(xiàn)在美國有將近8萬噸的放射性核廢料，每年的增長量為2000噸，所以新熔鹽反應(yīng)堆能夠變“毒”為寶。

　　一些研究人員也認(rèn)為，如今美國所有使用中的商用核反應(yīng)堆都是輕水反應(yīng)堆，一旦發(fā)生事故，這種單一模式會(huì)影響整個(gè)核工業(yè)的發(fā)展。“可以說，把輕水反應(yīng)堆用于商用核能，只是早期技術(shù)上的權(quán)宜之計(jì)，但卻把美國和全世界困在了一種技術(shù)上?！毖芯咳藛T指出。

　　麻省理工大學(xué)核科學(xué)與工程系主任理查德·萊斯特稱熔鹽反應(yīng)堆為“與眾不同”的反應(yīng)堆。不過，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的應(yīng)用，要走得路還很長。他介紹，今后三年，萊絲莉·德萬和馬克·馬修兩位科學(xué)家將對(duì)未來核裂變極端條件所需的材料進(jìn)行試驗(yàn)。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中將可以用作反應(yīng)堆管道、泵和閥門的材料——金屬和陶瓷被放在一個(gè)冰箱大小的熔爐里，放入鹽中進(jìn)行高溫試驗(yàn)。下一步將設(shè)計(jì)建造一個(gè)20兆瓦的示范反應(yīng)堆，有望在2020年投入運(yùn)行。最終目標(biāo)是建造520兆瓦的商用反應(yīng)堆，預(yù)計(jì)建造費(fèi)用為17億美元，僅為輕水反應(yīng)堆的一半。

　　盡管如此，美國核管理委員會(huì)并不打算批準(zhǔn)這種先進(jìn)的反應(yīng)堆投入生產(chǎn)。目前政府部門的規(guī)章制度使得開發(fā)商沒有辦法說“我們想申請(qǐng)批準(zhǔn)這個(gè)項(xiàng)目”。這將阻礙項(xiàng)目投資。

　　但在中國，中國政府近幾年已為中科院下屬的上海應(yīng)用物理研究所劃撥約4億美元，用于開發(fā)兩座熔鹽反應(yīng)堆。而今年初，美國能源部計(jì)劃和中國政府簽署為期10年的合作協(xié)議，幫助中國在此期間至少建成一座熔鹽反應(yīng)堆。

　　橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室核能工程師杰斯·蓋因表示：“中方將實(shí)施這項(xiàng)工作并和我們共享信息，我們也將派遣專家為他們提供支持。他們將建立一座反應(yīng)堆。希望美國也能建一座，但在這方面還沒有具體計(jì)劃。”

　　實(shí)際上，中國在2011年初就提出這項(xiàng)計(jì)劃，并曾制定2015年首先建成微型實(shí)驗(yàn)堆，到2024年建起成熟演示堆的目標(biāo)。公開信息顯示，該演示堆的裝機(jī)容量定為10萬千瓦，符合核能小型化的新興趨勢。隨后，在第一個(gè)熔鹽反應(yīng)堆的基礎(chǔ)上，中國將在10-20年內(nèi)建成第二個(gè)改進(jìn)型反應(yīng)堆。