美國國防部正在加快采購一種便于運輸的小型核反應堆,以便偏遠地區也有能源可用。然而,該計劃引起了核不擴散專家的批評,因為它可能會在戰場上引發災難。

五角大樓的戰略能力辦公室在近期選擇了兩個團隊繼續開發可運輸的微型核反應器原型。項目經理杰夫-瓦克斯曼說:作為“貝利工程”的一部分,這項工作的計劃最初是在2018年秋季制定的,以回應2019年國防授權法案中提及的一項需求——為美國軍隊提供電力。
戰略能力辦公室向弗吉尼亞的核部件公司BWXT Advanced Technologies和馬里蘭州的核反應堆和燃料工程公司X-energy分別提供了2790萬美元和2870萬美元的項目資金。在此之前,這兩家公司在2020年收到了約1300萬美元至1500萬美元的合同,用于微反應器的初步工程設計工作。
核能“比任何其他已知技術的能量密度高幾個數量級,”瓦克斯曼告訴媒體,“這使得我們有可能提供長年累月的彈性能源,而不需要補充燃料。在偏遠地區,加油可能是一個真正的負擔。”
瓦克斯曼指出,戰略能力辦公室認為這項工程有三個主要應用。“首先是為偏遠地區供電。比如北極,那里需要大量的電力,但現在很難發電。”其次是所謂的“戰略支持區”,它為任務必需的設備提供電力,如雷達系統。再次,是開展人道主義援助和救災。在過去的幾年里,美國各地發生了一些事件,包括颶風和寒流,造成大面積的停電。“這些反應堆不會為德克薩斯州、加利福尼亞州或波多黎各供電,但它可以在整個電網癱瘓時,為一些關鍵地點供電,如醫院或難民中心。”
戰略能力辦公室稱,該反應堆被設計為可提供1-5兆瓦的裝機,至少可運行三年,其概念始于以三結構各向同性顆粒燃料(TRISO)。
根據能源部的說法,每個TRISO粒子由鈾、碳和氧燃料核組成,被三層碳和陶瓷材料包裹著,以防止放射性物質泄露。“TRISO燃料最初是由能源部開發的,是一種防融化的燃料。他們想要一種能夠承受非常高的溫度而不融化的燃料。測試表明,其耐受溫度超過1800攝氏度,這比鋼鐵的熔點還要高。”
這種燃料對五角大樓還有兩個額外的好處,第一個是它在核擴散方面具有彈性。“我們相信,軍事攻擊應該對這樣的封裝不感興趣”,瓦克斯曼說。
“在福島或切爾諾貝利等地,核災難傷害了人們”,他說,“便攜式反應堆不流經堆心,而是被包裹在數以百萬計的微小的顆粒中,這意味著即使有人打開這個反應堆,也不會釋放里面的所有氣體。”
“這些好處很重要,因為如果在安裝點周圍有重大的放射性風險,那么在海外部署反應堆可能會有猶豫”,瓦克斯曼指出,“因此,我們已經把安全作為這個項目絕對第一要務。”
雖然該辦公室一直努力確保反應堆盡可能的耐用,但一些批評者仍然擔心這會成為敵方導彈襲擊的目標。這些觀點在《美國陸軍移動核反應堆》報告中提出,認為“成本和風險大于收益”,作者是德克薩斯大學奧斯汀分校約翰遜公共事務學院防止核擴散項目的協調人艾倫-庫珀曼。
“陸軍的移動反應堆計劃,從來都不是由五角大樓要求的,而是由國會中的核工業游說者提出的”,他在4月發布的報告中說,“如此巨大的風險是沒有道理的,因為我們已經有了更安全的替代能源,而且還比核電便宜了一個數量級。”
報告中強調的另一個問題是反應堆在敵人攻擊中被繳獲的可能性。庫珀曼警告說,如果士兵在戰斗中被迫放棄一個反應堆,對手就有可能擁有幾百磅的高輻射性物質。
瓦克斯曼說,戰略能力辦公室正在思考該反應堆可能面臨的潛在風險。他說:“我們必須研究,如果有人試圖對反應堆實施恐怖襲擊,或發生地震、火山、洪水,運輸反應堆此車輛遇上滑坡或泥石流,該如何應對?”
至于放射性廢物,瓦克斯曼說,“我們想強調的是,產生的核廢料數量是非常小的,基本上可以忽略不計。”
他說,目前的計劃是將廢物安全地保存在愛達荷國家實驗室,那里已經儲存了一些核廢料。該計劃的最終設計審查定于2022年進行,然后將確定一家公司的設計作為原型,目前采用的技術都來源于現有成熟的技術。“我們不是要創造最先進的核反應堆”,瓦克斯曼說,“我們所做的是快速的原型組織設計”。
該項目的后續工作被稱為“貝利之子”,將是一個更先進的反應堆。但對于第一次升級,“我們只需要一個能產生1到5兆瓦功率的移動反應堆”,并能在2024年準備就緒,他說。
由于安全要求,BWXT拒絕回答有關其原型產品設計的問題,但一位發言人說,該公司目前正在國防部內尋求一些機會,使其在核工程方面發揮作用。“我們已經重新啟動了TRISO核燃料生產線并獲得了兩份合同,我們一直在為能源部領導一個1.06億美元的微反應器開發項目開發高溫合金和難熔金屬的增材制造技術”,BWXT的媒體和公共關系總監Jud Simmons說,“盡管這些技術都集中在商業先進反應堆市場,但接下來可能會有一些軍事方面的合作。”
戰略能力辦公室和供應商必須克服的一個主要障礙是環評,遵守《國家環境政策法》(NEPA)。該辦公室必須提供一份報告,詳細說明佩雷項目的鈾管理,包括“從生到死,并解釋它要去的地方,它可能去的地方以及任何潛在的風險是什么,”瓦克斯曼說。
項目經理和供應商必須考慮的另一個設計問題是反應堆的便攜性。
盡管微反應器可以在C-17上運輸,但由于飛行放射性材料的“政治影響”,貝利項目的第一次升級產品將不會運上飛機,瓦克斯曼說。目前,該反應堆將通過卡車運輸。他說,戰略能力辦公室已經與核管理委員會和交通部以及國家核安全局進行了大量接觸,以獲得在美國道路上運輸反應堆的監管批準。
他說:“這些都是非常非常嚴格的要求,不能對公眾造成風險。”與此同時,能源部阿貢國家實驗室正在研究如何運輸貝利工程等核微反應堆。
該實驗室的首席核化學家Andrew Breshears說,“該實驗室目前正在探索部署微型核反應器所需的基礎設施。”他在接受采訪時問道:“微反應堆需要部署在哪里才能最好地服務于國家?
阿貢還在開發能更好地承受高溫、高壓和應變的先進材料。該實驗室成立了一個先進材料部門,利用計算和實驗方法來研究和測試新材料。他指出,該部門還在探索如何更大規模地生產這種材料。“其中包括特殊涂層”,Breshears補充說,“我們的金屬設施將在金屬冷卻的快速反應堆回路中進行測試,并且研究這些材料如何在運行工況下承受壓力和應變。”
Breshears說,該實驗室旨在幫助美國實現到2035年生產零碳電力和到2050年實現凈零碳排放的目標。
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