穩定鹽反應爐

**穩定鹽反應爐**（SSR）是一個由英國 Moltex 能源有限公司所提出設計的核子反應爐。它代表著在熔鹽反應爐技術上的一種突破，並且有讓核能發電變得更安全且更便宜的潛力。

根據 Moltex 能源公司研究顯示，熔鹽燃料反應爐是唯一從根本上針對安全性進行改進的設計。這些反應爐不需要昂貴的圍阻結構來讓核反應保持穩定。在車諾比事件的兩種最麻煩的副產物 —— 氣態的銫 - 137 與碘 - 131，對於土地和人體會產生危害。這種危害存在於任何水冷式反應爐，然而在熔鹽反應爐中，這些有害物質並非以氣體的形式存在，它們被固定於非揮發性的熔鹽中，這些熔鹽在大多數意外發生的情況下是無法離開發電廠的。

Moltex 能源公司使用計算流體力學驗證一個穩定燃料概念的可行性。固體的燃料棒由熔鹽燃料所取代，在組裝上非常類似於現今的輕水反應爐技術。其結果是一個簡單、低成本的反應爐，使用現今核能技術的元件，但是擁有所有熔鹽反應爐在安全上的優勢。

## 穩定鹽技術

穩定鹽反應爐心的基本單元是燃料組件。每個組件包含了 400 根燃料管，每根燃料管直徑為 10 毫米，長 1.6 公尺，其中有一條 1 毫米的螺旋導線包覆，並用燃料鹽加以填充。燃料管頂端具有一個潛水鐘式出氣口讓和裂變產生的氣體得以排出。

特別的是這個反應爐是長方體。這樣的設計在中子擴散問題上效率較圓柱狀爐心的設計還要來得差，但是對於燃料組件的移動上較為簡單，而且反應爐心的擴增也較為方便，只要添加額外的模組即可。

組件的移動透過橫向運輸的方式穿越爐心，新組件由其中一端移入，舊的則由另外一端移出，類似於坎杜反應爐的燃料替換方式。組件只有在被移動到旁邊時需要稍微被抬起，整個過程都在冷卻劑中進行。

## 模組化建造

反應爐核心由模組組合而成，每個核心的熱輸出功率為 375 百萬瓦，裝有 10 排每排 10 支的燃料組件、上下支撐網、熱交換器、泵、控制組件和儀器。兩個以上的模組並排組裝於一個長方形的反應槽。一個 1200 百萬瓦的反應爐甚至可能裝在一輛卡車上，使得這項技術所設計的反應爐比當今其他的反應爐還要小得多。

每個模組 (不包含燃料組件) 在經過測試、組裝完成以後被遞送到施工地點，並且都可以透過公路運送。在電廠工程完成後模組可以被安裝在不鏽鋼槽中進行試運行。

反應爐的頂部由一個裝填有氬氣的圓頂容器組成，結合了兩個起重機裝置，一個低負載起重機負責爐心內燃料組件的移動，一個高負重裝置用來將燃料組件移入與移出冷卻池，必要時也可以移動整塊模組。所有反應爐維護都由遠端操控進行。

## 安全

穩定鹽反應爐的安全設計特點在於其第一道防線上的安全措施。反應爐的安全與維穩過程中皆不需要操作員或者主動系統的介入。以下是關於 SSR 的主要內建安全特點：

### 反應控制

安全部門改革是自我控制和沒有機械控制是必需的。有零餘的反應可在任何時間；即率裂變產生熱量相匹配的速率加熱，正在拆除。這是通過組合的一個高負溫度係數的反應性和能力不斷提取熱量燃料管。作為熱帶出系統的溫度下降，造成反應性的上漲。當反應器加熱的反應下降，使其穩定在所有的時間。

### 揮發性來源

使用熔鹽燃料用適當的化學消除了有害的揮發性碘和銫源的條件，讓多層次遏制不必要在防止空氣中的放射性羽流在發生嚴重事故的情況。
本崇高的氣體氙氣和氪將離開反應器核心在正常操作的，但是被困住，直到他們放射性同位素的衰變，因此將非常小，可能釋放的事故。

### 無高壓

反應爐內的高壓是導致放射性物質從水冷式反應爐中擴散的原因之一。熔鹽燃料和冷卻劑的沸點遠高於 SSR 的運作溫度，因此其核心可在大氣壓力下運作。將會產生蒸氣的系統與放射性爐心，用加入第二層循環冷卻劑的方式來進行物理上的阻隔，消除了反應爐的熱源驅動。燃料管中的高壓則透過排氣口將裂變氣體排至冷凝熔鹽之中。

### 化學反應

壓水反應爐（PWRs）中的鋯與快速反應爐中的鈉都有造成爆炸或火災的潛在風險。SSR 中完全沒有這種容易產生劇烈化學反應的物質。

### 衰變熱的移除

在核能反應爐關閉之後，其運作時產生的能量有高達 7% 依然會持續產生，其來源是一些短半衰期的裂變產物。在一般反應爐中，要想消除這些衰變熱是相當具有挑戰性的，因為它們的溫度相當低。SSR 的運作溫度較高，所以這些餘熱可以相當快的從爐心中移出。假如反應爐被關閉，或者所有主動降溫系統失靈，反應槽周圍的冷卻氣孔依然可以持續將爐心的衰變熱擴散出去。主要的熱傳遞機制是靠輻射傳遞。熱傳遞效率會隨著溫度升高而提升，所以在正常運作下可以忽略，然而即便溫度意外升高，這樣的設計也足以把衰變熱移除。主要的熱量傳輸機構被輻射的。反應爐元件不會在這個過程中造成損壞，並且核電廠也可以在事件過後重新啟動。

## 燃料和材料

該燃料是由兩個分之二氯化鈉（表鹽）和三分之一的鈽的混合鑭 / 錒系 trichlorides 的。燃料初始的六個反應爐預期將來自股票純二氧化鈽從 普雷克斯流 重新處理傳統的用過的核燃料、混合純粹的 貧化鈾 三氯化了。 進一步的燃料可能來自再處理核廢料，從今天的車隊的反應爐。

被一個氯化，更多的熱力學穩定比相應的氟化鹽，因此可以保持在一個強烈減少國家通過接觸的犧牲核級鋯金屬加入作為塗層，或插入內，燃料管。 其結果是，燃料管可以從標準的核證的鋼沒有腐蝕風險。 由於該反應爐的運作的快速光譜，管子將暴露於很高 中子通量 ，並受到高損害 (dpa) 的水平，估計在 100-200 和平協議在管的生活。 高中子受損寬容的鋼如 PE16 因此將被用於管。 評估也是正在進行的其他鋼快速中子數據如 HT9,NF616 和 15-15Ti 的。

平均功率密度在燃料鹽 150 千瓦 /l，它允許一個非常慷慨的保證金用於鹽的溫度低於其沸點。 峰值功率雙這個級別對於大量的時間不會超出安全的工作條件下的燃料管。

## 冷卻劑

冷卻液鹽在反應罐是 鈉 氟化鋯的混合物。 鋯是不核級和中仍然包含 - 2% 的 鉿的。 這已影響最小核反應性的，但冷卻鹽的低成本和高度有效的中子屏蔽。 一米的冷卻液降低了中子通量由四個數量級。 所有部件的安全部門改革是保護這個冷卻劑的盾牌。

冷卻劑也包含 1 ％摩爾鋯金屬 (溶解的形成 2 ％摩爾 ZrF2). 這減少了其 潛在的氧化還原 到一個水平，使其幾乎無腐蝕性標準的鋼。 在反應罐、支持結構和熱交換器，因此可以構成離標準 316L 型不鏽鋼中。

冷卻液鹽分發，通過反應爐堆芯中通過四個泵連接到的熱交換器，在每個模塊。 流率是適度的，大約 1 m/s 得低要求泵的電力。 沒有冗餘，以繼續運行，在該事件的一個泵故障。

## 核廢問題的一種解方

大多數國家使用核動力選擇儲存廢核燃料的地下深處，直到其 放射性 已減少的水平類似於天然鈾。 作為一個 wasteburner，安全部門改革提供了一種不同的方式來管理這種廢物。

在運作的快速光譜，安全部門改革是有效地轉變長期錒系元素進入更加穩定同位素。 今天的反應爐燃料的再加工的乏燃料需要很高純度的鈽，以形成一個穩定的顆粒。 安全部門改革可以有任何級別的鑭和錒污染物在它的燃料，只要它仍然可以去至關重要的。 這種低水平的純度極大地簡化了的後處理方法對於現有的廢物。

所使用的方法是基於 高溫冶金處理 以及理解。 一個 2016 年的報告通過加拿大國家實驗室在處理的坎杜燃料的估計高溫冶金處理將有大約一半的成本的多個傳統的再處理。 高溫冶金處理的安全部門改革採用的只有三分之一的步驟的常規高溫冶金處理，這將使它更便宜。 這是潛在競爭力的成本製造新鮮燃料從開採的鈾。

廢物流從安全部門改革將是在固體鹽的形式在管。 這可能是玻璃化和地下儲存於超過 100,000 年的計劃，今天，或者它可以是重新處理。 在這種情況下， 裂變產物 會被分離出來並安全地存放在地面，為幾百年來根據需要為它們腐爛的水平類似於鈾礦石。 麻煩的長期 錒系元素 和剩餘的燃料將回到反應爐在那裡他們被燒毀並且轉變成更穩定同位素。

## 其他穩定鹽反應爐的設計

穩定的鹽反應爐技術具有高度的靈活性和可適應的幾個不同的反應爐設計。 採用熔鹽燃料標準的燃料組件允許穩定的鹽版本的許多大型的各種核反應爐被認為是對全世界的發展的。 在今天的重點，但是允許迅速發展和部署低成本反應爐。

Moltex 能是側重於部署的快速光譜 SSR-Wasteburner 上所討論的。 這一決定是主要的驅動下的技術挑戰，並降低預測成本的這一反應器。

在較長時期內的根本性突破的熔鹽燃料管開闢其他的選擇。 這些已經發展到一個概念水平，以確認其可行性。 它們包括：

* **鈾燃燒器 (SSR-U)** 這是一個熱光譜的反應爐燃燒 低濃縮鈾 可能更適合於聯合國沒有一個現有的核艦隊和問題有關的廢物。 它是緩與 石墨 的部分作為燃料組件。
* **釷飼養員 (SSR-Th)** 這種反應包含 的釷 在冷卻鹽這能滋生新的燃料。 釷是一種豐富的燃料來源，可以提供能源安全國沒有土著鈾的儲備。

與此範圍內的反應器的選擇，並對大型全球儲備的鈾和釷的提供，穩定的鹽反應器燃料的地球幾千年。

## 經濟面

緊迫性的氣候危機是推動核工業，以開發更廉價的技術，從而可以實現大規模部署。

在過夜的資本成本的穩定 - 鹽反應是根據一個獨立的費用估計數通過英國領先的核工程公司。結果是美元 1950/kW。為了便於比較，資本成本的一個現代化的粉碎煤炭發電站在美國的美元 3250/kW 和成本的大規模核 $5500/kW。進一步削減這過夜的費用預計為模塊化的、基於工廠的建設。

這種低資本成本的結果在 成本是電力成本 (稱) 的美元 44.64 / 兆瓦・h 具有巨大的潛力可以而降低，因為更簡單和固有的安全的蘇維埃社會主義共和國。

該 國際能源機構 預測，核將保持恆定的小的作用，在全球能源供應的市場機會的 219 GWe 至 2040 的。 與改善經濟的蘇維埃社會主義共和國，Moltex 能源預測，它有可能訪問的一個市場超過 1300 GWe 到 2040 年的。

## 未來展望

2014 年有一專利授予，在設計已經成熟和安全的情況下，正在順利與核管制當局開始正式討論。

## 外部連結

* Stable Salt Reactor Technology Introduction （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），YouTube 影片
* Moltex Energy SSR Fly Through （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），YouTube 影片
* [1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Modular Stable Salt Reactors - a simpler way to use molten salt fuel - Ian Scott Moltex Energy
* [2] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, How New Nuclear Could Lift Renewables at a Third of Hinkley Cost

## 參考文獻

* Moltex Energy sees UK, Canada SMR licensing as springboard to Asia. Nuclear Energy Insider. June 28, 2016 [2017-01-25]. （原始內容存檔於 2020-02-18）.