核能七十二變

2000年，柯克·索倫森還是美國國家航空和宇宙航行局的一名工程師。在尋找為未來群居月球提供核動力的備選方法時，他偶然看到了一本描述熔鹽反應堆的書，書中談到用液態核燃料作為能量來源。

這聽起來有點不可思議。據他所知，所有核反應堆都用固態鈾做燃料，最初的“輕水”反應堆目前在核能行業是主流。然而，這本書解釋說，田納西州的美國橡樹嶺國家實驗室，已對熔鹽反應堆進行了三十多年的研究。而且，液態鈾（即含釷燃料）具有得天獨厚的優勢。例如，即使遭遇災難性的核反應堆堆芯溶化，熔鹽反應堆也不會受影響，不會產生帶有钚及其他長期存在的放射性同位素的核廢料，會將那些同位素完全破壞掉。

索倫森很疑惑，“幾乎所有熔鹽解決核能問題的方式，都可能遠遠勝過輕水反應堆。那么，我們何不從一開始就采取這樣的方式？”

改變即將到來

過去的十年中，很多人在問這個問題，不僅僅就熔鹽反應堆一事。由于戰爭因素，熔鹽反應堆僅僅是在核能商業化大潮中，第一波就擱淺的眾多替代技術之一。其他的技術還包括能夠燃耗核廢料的“快速”反應堆，以及大量減少溫室氣體排放的工業無碳供熱高溫反應堆。

總體來看，這些替代技術可以彌補大部分、甚至是所有核能的缺陷。而數十年來，因為日程計劃和融資水平都在不斷變化，研究人員對這些技術的關注也時斷時續。

現在，改變或許即將到來。過去十年中，一些國家對安全無碳能源的需求，激發了政府對替代核能技術的興趣，企業也在努力重啟并推廣一些核能設計。特別是在中國等發展迅猛的國家。樂觀人士認為，即使去年發生了日本福島第一核電站的災難，也最終會推動人們選擇更安全的核反應堆。

去年，索倫森為促進熔鹽反應堆商業化，在阿拉巴馬州亨茨維爾創立了福利波能源公司。無論是福利波能源這樣處于起步階段的公司，還是正在開發商用快速反應堆的通用電氣-日立核能這種工業巨頭，大小企業都希望準備就緒。

然而，復興這些技術并非一日之功。盡管基礎設計幾十年前就已完成，但要實際運行，工程師們還必須進行多種開發，如開發防輻射材料、更高效的換熱器、改良的安全系統。然后，他們必須向監管機構證明，所有這些安全系統都能發揮作用。

但相關人士都堅信：未來核工業最美好的前景就是回到過去。正如索倫森就取消熔鹽項目指出的：“從來沒人說過，‘我們可能錯了，也許應該回到從前，重新審視那個決定。’”

熔鹽反應堆的優勢

固體反應堆燃料的一大優勢在于其可以預見的幾何形狀，而一大劣勢是這種反應堆的復雜性。從中子轟擊的強度、核分裂產物的分布到燃料晶體結構的輻射損傷，一切都不斷變化。這一直讓設計師頭疼，因為要竭力確保反應堆能穩定運行，并試圖說服調試者，即使是在最危機的時刻，都不允許燃料的任何部分裂成臨界質量。但當燃料變成液體時，所有的問題都能迎刃而解，這也是美國早在20世紀60年代就開發熔鹽反應堆的主要原因。

作為核燃料，“熔鹽”通常是指四氟化鈾。在操作溫度下的液體狀態會與氟鋰鈹混合，成為氟化鋰和氟化鈹的混合物四氟化鈾。它起到冷卻劑的作用。“就像一口沒發出聲音的大鍋——體積巨大，”福斯貝里說。“你將燃料扔進去，混合到一起，但所有成分卻根本不會發生變化。”

索倫森說，液體燃料還有一大優勢，“燃料沒有徹底消耗完就不必從反應器中移除。”相反，這種燃料會通過一個外部回收裝置循環利用，持續提取核裂變產物，保證燃料安然無恙。

最后，熔鹽設計可以適用于多種燃料，從傳統的鈾到原始核廢料或釷都能應用。釷的儲量大概比鈾多三倍。

需要新型核工廠

對于這一切而言，沉寂四十年后復蘇熔鹽反應堆是一項艱巨的任務。索倫森說：“我們必須重建一個基本上已完全消失的知識庫。”

2011年9月，福斯貝、彼得森、麻省理工學院的胡林文和威斯康星大學麥迪遜分校的核工程師托德·阿倫，參與了一個為期三年的美國能源部資助核研究項目。這個項目在通往熔鹽反應堆的道路上又向前邁進了一步：氟化鈹（FliBe）冷卻式高溫反應堆。

彼得森說：“沒人建過鹽冷卻式固體燃料反應堆。”倘若這個項目開始運作，反應堆的堆芯會比其他設計小4至5倍。由于鹽的良好穩定性，這個反應堆的溫度總是比破壞極限的溫度低幾百度。

彼得森說，盡管“估計會消耗大量的資源”，未來十年內公司還是會建一座用于測試的反應堆。這是個大膽的設想。由于金融危機，所有先進的核反應堆此后的融資都困難得多。此外，科拉迪尼指出，美國突然發現豐富的頁巖氣，他認為，“在美國，廉價的化石燃料已經使一些清潔能源工程建設不斷推遲，不僅限于核能項目”。

吉尼亞認為，熔鹽反應堆還有很多未知因素，但值得開發。

但是，核能真的會進一步發展嗎？事實上，業內人士看到了樂觀的理由。特別是他們認為，如果氣候變化造成越來越明顯的后果，就會迫使政府設定碳價格。吉尼亞說，即使是福島那場核災難，也可能刺激新的核能技術發展，“但也確實給人們帶來了恐慌，而且對核能的安全性更加擔憂”。可是，因為人們看得更清楚，“他們就會說，喂，這些都是建了30年的老工廠”，那時候，智能化的新型核工廠看來吸引力會大得多。

（文章選自《自然》 譯者：斯眉）