有更快、更便宜、更安全、更可靠的替代方案来替代能源部拟议的数十亿美元试验反应堆

2019年4月5日下午4:07
艾德莱曼
核能安全主任

能源部(DOE)部长里克·佩里(Rick Perry)最近表示宣布多功能试验反应堆(VTR)项目的启动,并将其列为国防部的首要任务之一。该项目将是美国能源部几十年来首个新的测试反应堆,与美国能源部正在运行的测试反应堆不同,因为它将用液态钠而不是水来冷却,使其能够产生大量的“快”中子。美国能源部说,开发使用快中子发电的新反应堆需要这样一个设施。今天的美国核电站是轻水反应堆,使用慢中子(“热”)。

忧心者科188金宝博学家联盟(UCS)质疑建立专用快中子试验反应堆的必要性,更普遍的是,对快中子反应堆的安全性和安全性有严重的担忧批判该片于去年上映。快速反应堆造成核扩散和恐怖主义风险,部分原因是它们通常使用含有钚的燃料,钚是一种可用于核武器的材料。大多数快堆的概念还包括对乏燃料的再处理,这将钚以一种容易被盗的形式分离出来。

佩里报告说,能源部已经确定了反应堆的“任务需求”,这是任何新的大型部门项目的第一个里程碑,但任务需求声明未能说明VTR是快速反应堆发展所必需的。无论如何,这核能创新能力法案,于2018年9月签署成为法律,指示该部在2025年底前建成VTR。就其本身而言,该部门认为不可能在2026年底前完成。

高昂的价格标签

佩里部长在2月28日的声明中没有对费用作出任何估计。根据《信息自由法》(FOIA)的要求,UCS已经学会了“粗略估计”VTR的建设和启动费用为39亿至60亿美元。为了在未来七年内建造该反应堆,美国能源部平均每年需要花费5.5亿至8.5亿美元,这相当于能源部2019财年用于核技术开发的预算总额约7.4亿美元。美国能源部已为2020财年的该项目(现在称为多功能先进试验反应堆)申请了1亿美元。

更便宜、更快的选择

《信息自由法》文件还显示,能源部的确定任务需要错误引用了自己的2017年用户需求评估为了证明新的试验反应堆。事实上,有一些方法可以模拟现有试验反应堆中快速反应堆的典型中子速度范围,例如爱达荷国家实验室的先进试验反应堆或橡树岭国家实验室的高通量同位素反应堆。这可以通过使用中子过滤器和一种不同类型的燃料来实现。走这条路会便宜得多:2009年的DOE评估研究表明,这种方法可以达到所需的最低要求,开发成本约为1亿美元(按2019年美元计算),远远低于VTR项目的预计价格。

同样重要的是,使用目前正在运行的两个测试反应堆中的一个,可能会比VTR项目更快地为开发人员提供快中子。根据美国能源部提出的时间表,拟议中的试验反应堆在2026年底之前不会运行描述了“咄咄逼人”。最近的一次能源部的研究据估计,这样一个反应堆开始运行大约需要10到13年。此外,在VTR启动后,它还需要运行一段时间——也许几年——才能可靠地用于测试,假设至少会有一些不可预见的问题。因此,VTR可能需要十多年的时间才能投入使用。相比之下,美国能源部估计,替代系统将需要7年时间才能在一个运行中的试验反应堆上投入使用。

VTR任务需求声明也夸大了使用快速试验反应堆的反应堆开发人员所需的技术能力。试验反应堆的主要目标之一是用中子轰击燃料和其他材料,以研究它们如何承受辐射损伤。这种损伤可以用一个叫做“每个原子的位移”的单位来测量,即材料样品中每个原子受到中子影响的次数。一个测试反应堆每年能提供的每个原子的位移越多,就能越快地完成给定的测试。任务需求声明称,反应堆开发人员需要一种设施,可以实现每个原子每年至少30个位移,尽管它引用的参考文献是2017年用户需求评估,只需要至少20个。

这种差异是显著的,因为研究人员已经证明在橡树岭国家实验室的高通量同位素反应堆中使用更便宜的过滤方法,每年可以为每个原子提供约20个位移,因此不需要新的反应堆提供更高的位移速率。任务需求声明没有评估VTR能够提供的适度的额外能力(即30个而不是20个)是否值得大量的额外成本。如果一个反应堆开发人员想要测试一个高达200位移的燃料样品,在VTR中以每年30年的速度需要6.7年,而在高通量同位素反应堆中以每年20年的速度需要10年。但考虑到VTR可能需要10年以上的时间才能投入使用,目前还远不清楚它是否能比另一种方法更快地帮助开发人员实现目标,后者可能需要7年时间。

更好的试验反应堆

美国能源部在其用户需求评估中调查了快堆技术的潜在商业用户之一西屋电气公司(Westinghouse),该公司对VTR的需求提出了最明确的质疑。作为加压轻水反应堆(LWR)的创始人,西屋电气公司现在对开发液态铅冷却快堆感兴趣。然而,在对美国能源部调查的回应中,它指出,任何新的测试反应堆都应该包括轻水反应堆测试的能力,因为“轻水堆技术在未来几十年将继续是核能的支柱。”

UCS同意这一说法。如果美国需要一个新的试验反应堆——可能很快就需要了,因为现有的试验反应堆已经有几十年的历史了——建造一个新的热中子试验反应堆会更有意义,如果必要的话,它能产生快中子,而不是反过来。这项技术已经成熟,而且商业上对热中子源的需求远比快速中子源的需求大得多。