凱羅斯電力公司(Kairos Power)在橡樹嶺破土動工建造美國有史以來第一個正式批準的第四代反應堆,也是 50 年來第一個非輕水反應堆。該反應堆正在與一個非核示范裝置同時建設,這將有助于為新反應堆設施的設計提供依據。
盡管美國是民用核能領域的先驅國家之一,但它已遠遠落后于中國和印度等曾經的非參與者。造成這種情況的原因有很多,有些是政治原因,有些是經濟原因,但在維持現代工業社會的同時減少碳排放的動力正促使核反應堆以更先進的形式卷土重來。
2024 年 7 月 17 日,凱羅斯電力公司開始在田納西州橡樹嶺建造其赫內斯低功率示范反應堆。它不會為電網發電。相反,它的功能是開發 Kairos 的熔融氟化鹽冷卻卵石床反應堆,這是一種固有的安全設計,能夠在發生事故時自行關閉并保持反應堆堆芯安全冷卻。
此外,該公司正在橡樹嶺建造第二座核電站,名為 ETU 3.0,本質上是赫爾墨斯核電站的非核版本。這個試驗臺將使工程師們能夠在不擔心輻射的情況下研究運行中的機器,并讓他們找到使核電站的建設和運行更加經濟的方法。這一點極為重要,因為核電的主要成本并不在于反應堆,而在于建造和維護反應堆所需的土木工程。
據該公司稱,在橡樹嶺的建設只是項目的一半。反應堆本身采用模塊化設計。這些模塊將在新墨西哥州阿爾伯克基的一家工廠建造和測試,然后運往田納西州。
赫爾墨斯反應堆是一種卵石床反應堆,核燃料被包裹在由濃縮鈾、碳和陶瓷層組成的球形顆粒中。這些 TRi-structural ISOtropic(TRISO)顆粒的大小與罌粟籽差不多,可以充當微小的核壓力容器。這些顆粒被制成鵝卵石大小的圓形大鵝卵石。這些鵝卵石被放置在一個反應堆堆芯中,該堆芯的設計更像是一個料斗。新燃料放在頂部,擠在一起的鵝卵石開始并維持反應,乏燃料則收集在容器底部。
同類反應堆使用氦氣冷卻,而赫爾墨斯反應堆則使用在反應堆中循環的熔融氟化鹽冷卻。這些鹽將熱量帶到一個熱交換器,從而將反應堆堆芯的溫度保持在 1,085 °F(585 °C)。二級鹽循環與蒸汽發生器相連,蒸汽發生器又帶動渦輪機運轉。
如果反應堆的電力因任何原因中斷,燃料卵石會根據物理定律自動調節核反應。隨著反應堆升溫,可用于維持反應的中子減少,反應也隨之減弱。幾個小時內,反應堆就會達到穩定狀態。與此同時,熔鹽通過自然循環流動,冷卻堆芯。即使反應堆溫度驟升,燃料卵石也非常堅固,在任何預計情況下都不會降解。
所有這一切都發生在普通海平面壓力下,因此不需要特殊的安全殼結構或壓力容器。反應堆也是由 316 不銹鋼制成,具有很強的耐鹽腐蝕性。
赫爾墨斯反應堆布局示意圖
"Hermes 是向部署先進反應堆技術邁出的關鍵一步,該技術有可能改變我們的能源格局,"Kairos Power 首席執行官兼聯合創始人 Mike Laufer 說。"我們從該反應堆的建造和運營中汲取的經驗教訓將非常寶貴,有助于我們在測試項目中繼續創新,并加快 Kairos Power 向客戶提供真正的成本確定性的步伐。在能源部 3.03 億美元撥款的幫助下,赫耳墨斯核電站預計將于 2027 年竣工。盡管比爾-蓋茨正在懷俄明州開發自己的反應堆項目,但他仍在等待政府的批準,然后才能建造核電站,而 Kairos 已經獲得了政府的批準。