中国建造了第一座防熔核反应堆

新的球床反应堆可能为未来提供更安全的核电选择。

有多种方法可以用来冷却核反应堆，但最终如果出现问题，它们都需要人工干预。现在中国已经开发出一种可以自我冷却的系统，这意味着崩溃的风险要低得多。 

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中国建造了第一座显然能够抵抗熔毁的大型核电站。尽管这种设计无法适用于现有的核反应堆，但它提供了一个可用于任何未来建设的模型。

核反应堆如何冷却？

现有的核反应堆需要动力冷却系统才能运行。这些系统的性质可能因反应堆设计而异 - 大多数使用水，但有些使用 CO2、氦气、熔融金属或熔盐等冷却剂 - 但它们本质上都做同样的事情：它们输送多余的热量离开反应堆堆芯。

众所周知，水冷却系统可提供高功率密度，从而转化为更好的热效率（基本上是系统中功输出与总热能输入的比率），但它也有缺点。例如，如果反应堆发生熔毁，总是有可能发生爆炸。这是因为，如果水泵失去动力，来自反应堆燃料棒的热量会将水分解成爆炸性的氢气和氧气。

正是这样的问题导致了 2011 年福岛核事故，当时断电意味着被淹没的燃料棒过热，导致爆炸。

气冷反应堆比水冷反应堆更不容易爆炸，但它们的热效率也往往较低。

但无论采用何种类型的冷却系统，在紧急情况下，都需要人为干预来关闭冷却器以防止灾难发生。这通常是因为冷却系统依赖外部电源。

新反应堆设计有什么特别之处？ 

一种新的反应堆设计，称为球床反应堆（PBR），可能可以解决旧设计中固有的问题。这些反应堆具有“被动”安全性，如果冷却系统出现任何问题，它们可以自行关闭。  

与其他依赖高能量密度燃料棒的反应堆不同，PBR 使用更多数量更小的、低能量密度的燃料“卵石”。尽管它们比传统燃料棒含有更少的铀，但数量更多。它们还被石墨包围，石墨用于调节核心中的中子活动量。这有助于减缓核反应，从而减少热量。

因此，较低的能量密度意味着多余的热量可以在卵石上扩散，并且可以更容易地转移走。

这听起来不错，但直到最近，唯一存在的 PBR 反应堆还是德国和中国的原型机。然而，中国现已在山东建造了全尺寸高温气冷堆球床模块（HTR-PM），并于2023年12月投入商业运行，并配备了这些系统。

为了对其进行测试，工程师在 HTR-PM 的两个模块全功率运行时将其关闭。

研究人员写道：“为了确认商业规模的本质安全反应堆的存在，我们于2023年8月13日对1号反应堆模块和2023年9月1日对2号反应堆模块进行了两次自然冷却测试。” “在整个测试过程中，反应堆模块自然冷却，没有紧急堆芯冷却系统或任何电力驱动的冷却系统。 ”

刚刚公布的结果显示，HTR-PM 可以自行冷却，在断电后 35 小时内达到稳定温度。 

能够通过移除冷却能力来测试正在运行的核反应堆是极其不寻常的。正是由于 HTR-PM 独特的系统，这才成为可能，尽管需要进一步的测试来确保系统正常工作，但希望这将成为其他地方未来反应堆的模型。

该团队写道：“总之，所进行的冷却损失测试证实了世界上第一个高温气冷堆示范工厂的固有安全特性。” “为了实现减缓气候变化的目标，我们启动了新项目，旨在为中国的石化行业提供高达 500°C [932°F] 的高温蒸汽和电力。 ”

“商业工厂的反应器模块的设计遵循相同的标准化设计。 ”

该研究发表在《焦耳》杂志上。