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带有SEQ PV面板的胡佛塔

新研究发现,小型模块化反应堆会加剧高度放射性核废料的挑战

2022年5月30日
普罗特学院

马克·史瓦兹(Mark Shwartz)

核反应堆通过有限的温室气体排放产生可靠的电力供应。但是核电站产生1,000兆瓦的电力还会产生放射性废物,必须与环境隔离数十万年。此外,建造大型核电厂的成本可能是数万美元。

为了应对这些挑战,核工业正在发展小型模块化反应堆这产生了不到300兆瓦的电力,可以在工厂组装。行业分析师假设这些高级模块化设计将比传统的大型反应堆更便宜,并且产生更少的放射性副产品。


在爱达荷州国家实验室现场的高级测试反应堆上加载实验的技术人员。
(图片来源:爱达荷州国家实验室)

但是新研究将于5月30日发表美国国家科学院论文集得出相反的结论。

“我们的结果表明,在我们的案例研究中,大多数小型模块化反应堆设计实际上会增加反应堆2至30的核废料的数量,”Postdoctoral Fellow at Stanford University’s国际安全与合作中心(CISAC)。“这些发现与倡导者声称对先进核技术所声称的成本和减少福利形成鲜明对比。”

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林赛·克拉尔(Lindsay Krall),他是斯10bet bwin坦福大学博士后
同时领导这项研究的研究十博网站怎么进入

全球核电

大约440个核反应堆运行全球,可提供世界上大约10%的电力。在里面美国,93个核反应堆产生了近五分之一的电力供应。

与在煤炭或天然气上运行的发电厂不同,核电站发出的二氧化碳很少,这是全球变暖的主要原因。拥护者说,随着全球对清洁能源的需求增加,将需要更多的核能来最大程度地减少气候变化的影响。

但是核能并非无风险。仅在美国,商业核电站就有生产超过88,000吨的核燃料以及大量的中间和低级放射性废物。最高放射性的废物,主要是花费的燃料,必须在深层地质储存库中隔离数十万年。目前,在内华达州的丝兰山区花费了数十年和数十亿美元之后,美国没有计划开发地质存储库的计划。结果,目前,用过的核燃料存储在反应堆站点的池或干桶中,每年以约2,000公吨的速度积累。

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罗德尼·尤因(Rodney Ewing)的高级作家

简单的指标

一些分析师与更大的常规核反应堆相比,保持小的模块化反应堆将显着减少产生的核燃料的质量。但是,根据克拉尔和她的同事的说法,这个结论过于乐观。

“简单的指标,例如对少量燃料的估计,几乎没有洞悉存储,包装和处置所需的资源,” Krall说,” Krall说,他现在是科学家这瑞典核燃料和废物管理公司。“实际上,很少有研究分析了小型模块化反应堆的核废料流的管理和处置。”

许多已经提出了小型模块化反应堆设计。在这项研究中,Krall分析了东芝,Nuscale和陆地能源开发的三种类型的小模块反应器的核废料流。每个公司都使用不同的设计。案例研究的结果通过理论计算和更广泛的设计调查来证实。这种三管齐下的方法使作者能够得出强大的结论。

“分析很困难,因为这些反应堆都没有运行,”研究合着者说罗德尼·尤因,斯坦福大学的弗兰克·斯坦顿(Frank Stanton)核安全教授和CISAC联合主任。10bet bwin“此外,某些反应堆的设计是专有的,为研究增加了额外的障碍。”十博网站怎么进入

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合着者艾莉森·麦克法兰(Allison MacFarlane)

中子泄漏

当中子中子在反应器芯中分裂铀原子时,产生了核反应堆,产生了其他中子,从而产生了其他铀原子,从而产生了链反应。但是,一些中子从核心逃脱 - 一个称为中子泄漏的问题 - 并围绕钢和混凝土等结构材料打击。当被核心丢失的中子“激活”时,这些材料将变得放射性。

这项新研究发现,由于其尺寸较小,小型模块化反应堆将经历比常规反应器更多的中子泄漏。这种增加的泄漏会影响其废物流的数量和组成。

尤因说:“泄漏的中子越多,中子激活过程产生的放射性量就越大。”“我们发现,小型模块化反应堆的中子激活钢的产生至少是传统发电厂的九倍。这些放射性材料必须在处置前进行仔细管理,这将是昂贵的。”

该研究还发现,小型模块化反应堆的耗尽核燃料将以每单位能量的量更大,并且比从现有发电厂排放的消耗燃料要复杂得多。

“一些小型的模块化反应堆设计要求化学异国情调的燃料和冷却剂,这些燃料和冷却剂可能会产生难以管理的处置废物,”合着者说。”艾莉森·麦克法兰(Allison MacFarlane),不列颠哥伦比亚大学公共政策与全球事务学院教授兼主任。“那些异国情调的燃料和冷却剂可能在处置前需要昂贵的化学处理。”

麦克法兰说:“对行业和投资者的收获信息是,燃油周期的后端可能包括必须解决的隐藏成本。”“理解这些反应堆的废物含义符合反应堆设计师和监管机构的最大利益。”

放射性毒性

研究得出的结论是,相对于放射性废物产生,管理要求和处置选择,总体小模块化设计不如常规反应堆。

一个问题是耗尽核燃料的长期辐射。研究小组十博网站怎么进入估计,10,000年后,从三个研究模块中排出的支出燃料中p的放射性毒性将比每单位能量提取的常规用户燃料中的p含量至少高出50%。

作者说,由于这种高度的放射性毒性,应通过彻底的选址过程仔细选择小型模块化反应堆废物的地质存储库。

尤因说:“我们不应该成为这样的研究的人。”“供应商,那些提议和接受联邦支持以开发高级反应堆的人,应该关注可以在开放文献中审查的浪费和进行研究。”十博网站怎么进入

罗德·尤因(Rod Ewing)还是斯坦福大学地质科学系的教授10bet bwin地球,能源和环境科学学院。国际安全与合作中心是弗里曼·斯波格利国际研究所在斯坦10bet bwin福大学。

这项研究得十博网站怎么进入到了约翰·D·凯瑟琳·T·麦克阿瑟基金会的支持,通过乔治华盛顿大学的奖学金和斯坦福国际安全与合作中心。10bet bwin