核工業(yè)可以受益于旨在創(chuàng)造內(nèi)在安全性和效率更高核電廠的新一代反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。新一代反應(yīng)堆可能有助于發(fā)展更具可持續(xù)性的核能，還可能用于各種工業(yè)應(yīng)用。

具有獨(dú)特性能和安全特性的先進(jìn)反應(yīng)堆

下一代反應(yīng)堆旨在達(dá)到性能、安全和可靠性方面的若干基準(zhǔn)。例如，小型模塊化反應(yīng)堆就是先進(jìn)反應(yīng)堆，可以產(chǎn)生高達(dá)300兆瓦的電力，其部件可以預(yù)制模塊形式運(yùn)輸?shù)桨惭b場址。

“由于采取預(yù)制建造模式，而且尺寸較小，小型模塊堆的基建費(fèi)用低于目前在建或在運(yùn)的典型大型反應(yīng)堆，”原子能機(jī)構(gòu)核電技術(shù)發(fā)展科科長Stefano Monti說。“由于模塊是在預(yù)制后運(yùn)到安裝場址施工，因此建造周期預(yù)計(jì)也會(huì)縮短。小型模塊堆本質(zhì)上也不太容易發(fā)生嚴(yán)重事故，因?yàn)樗鼈冊谠O(shè)計(jì)上就降低了堆芯損壞頻率?！?/p>

隨著這些先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，核能的作用可能會(huì)擴(kuò)大。到目前為止，核能主要用于發(fā)電，但核能還有許多其他非電力應(yīng)用，而新一代反應(yīng)堆可能非常適合于開展這些應(yīng)用。

“核能的好處不應(yīng)局限于電力生產(chǎn)，還應(yīng)瞄準(zhǔn)其他應(yīng)用，例如產(chǎn)熱，”第四代國際論壇政策組主席、法國可替代能源和原子能委員會(huì)核能主任Francois Gauché說。“小型模塊化反應(yīng)堆的概念是尋求更小的單元、模塊化結(jié)構(gòu)、簡化設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)證的安全，以增加靈活性并使投資決策更容易?！?/p>

一些國家正在開發(fā)和設(shè)計(jì)下一代反應(yīng)堆，阿根廷、中國和俄羅斯的四個(gè)小型模塊堆已開始建設(shè)。

促進(jìn)可持續(xù)能源的創(chuàng)新型反應(yīng)堆

中國目前正在建設(shè)迄今最先進(jìn)的氣冷反應(yīng)堆 — 球床模塊式高溫氣冷堆。這種模塊化反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)旨在優(yōu)化能源效率，是電網(wǎng)小規(guī)模容量增量的理想選擇，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院副院長兼副總工程師孫玉良說。這種堆型也非常適用于熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用，尤其適用于較高溫度水平的熱應(yīng)用。

阿根廷正在開發(fā)一種綜合壓水反應(yīng)堆，即CAREM。該反應(yīng)堆計(jì)劃在2018年底投運(yùn)。該小型模塊堆設(shè)計(jì)采用了不需要反應(yīng)堆人員輸入的安全要素，包括在檢測到反應(yīng)堆問題時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的功能。

KLT-40S是一個(gè)非常特殊的例子，它是俄羅斯正在建造的一座浮動(dòng)式動(dòng)力堆。這種堆型在供熱和供電方面以及為偏遠(yuǎn)地區(qū)孤立消費(fèi)者供電方面具有潛在的應(yīng)用。也在俄羅斯建造的RITM-200旨在用于破冰船的船舶推進(jìn)，但它也可以作為陸基或船載小型模塊堆，用于供熱和供電。

核能效率更高的快堆?

快堆旨在使鈾產(chǎn)生的能量比當(dāng)前熱堆高出60至70倍。通過乏燃料再循環(huán)和利用“快”中子（裂變產(chǎn)生的沒有被慢化劑減速的中子），快堆效率非常高，產(chǎn)生的核廢物少得多，并且可能具有巨大的核能非電力應(yīng)用（特別是用于工業(yè)過程）潛力。

目前用于商業(yè)運(yùn)行的惟一快堆是俄羅斯的BN-800反應(yīng)堆。該反應(yīng)堆在2015年12月并入電網(wǎng)，采用混合氧化物燃料，具有先進(jìn)的安全特性。BN-800燃料利用率也非常高。

“BN-800反應(yīng)堆向?qū)崿F(xiàn)快堆全面商業(yè)化又邁進(jìn)一步，從而在成本上能夠與壓水堆競爭，”俄羅斯國家原子能公司副總裁Vyacheslav Pershukov說。

原子能機(jī)構(gòu)一直在支持這些創(chuàng)新技術(shù)上取得進(jìn)展，特別是舉辦了一系列新型反應(yīng)堆技術(shù)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展會(huì)議。2017年6月，原子能機(jī)構(gòu)在俄羅斯葉卡捷琳堡舉行了第三屆“快堆和相關(guān)燃料循環(huán)國際會(huì)議”。這些活動(dòng)匯集了這一領(lǐng)域的廣泛專業(yè)人士，討論如何最好地應(yīng)用新型反應(yīng)堆設(shè)計(jì)提供清潔和可持續(xù)能源。

幫助戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)的新型設(shè)計(jì)

雖然小型模塊堆可能提供許多好處，但仍然存在與其實(shí)施相關(guān)的一些挑戰(zhàn)?！坝捎谙冗M(jìn)的小型模塊堆尚未部署，因此需要加強(qiáng)這些反應(yīng)堆的監(jiān)管基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，”Monti說?！傲硪粋€(gè)挑戰(zhàn)是在小型模塊堆設(shè)施中，只有一個(gè)控制室用于所有模塊的控制。這樣做以前沒有先例，如果成功，能夠幫助簡化反應(yīng)堆操作。”他補(bǔ)充說，雖然最初小型模塊堆的許可證審批可能需要較長時(shí)間，但一旦監(jiān)管框架確立，這一過程應(yīng)當(dāng)大大加快。