通用高温瓦斯反应堆
日本原子能研究所研究一种反应堆,它并不用来发电,只提供热源,故名叫“通用高温瓦斯反应堆”。这种反应堆可以把核裂变的热能直接提供给钢铁、化工等生产部门,所提供的热能约1000℃,这在全世界反应堆中尚不多见。目前各产业仍然依赖石油、煤炭等作热源,如果这种反应堆获得成功,则产业的面貌将会大大改观。日本原子能研究所已在20世纪90年代使这种原子反应堆开始运转。
一般的原子反应堆,用核裂变的热能生产蒸汽,再用蒸汽推动涡轮机发电,即所谓原子能发电。但是,只要对核热的制取方法进行一番改进,就不一定要把核能变成电能,而可对核能直接予以利用。因此,日本原子能研究所,从1969年起,在国内各原子能反应堆厂家的协助下,开始了这项研究工作。该所的研究目标是设计出能满足各种产业需要的原子反应堆。另外,在钢铁、煤炭气化,氢能制取等工业中尤其要用到高温热能,所以正设法用这种反应堆1000℃的高温气体。因为,现在的轻水型原子反应堆,其发电蒸汽温度仅300℃左右而已。
通用高温瓦斯原子反应堆的结构,与轻水型反应堆大不一样。首先,对所用的燃料要求就不同。以前的原子反应堆,所使用的燃料,需用金属包覆,以便密封核裂时产生的放射能。这样一来,如果温度过高,金属包覆层就会破坏。而高温瓦斯原子反应堆,用的燃料是被覆燃料粒子。所谓被覆燃料粒子,就是直径一毫米以下的圆形微粒,中间用铀等氧化物或炭化物作芯部; 其外层用特殊的炭膜和硅膜包上三四层,可以耐抗1000℃的高温; 把它和石墨一起烧结,而制成这种反应堆的燃料。
第二个不同点是,把核热从反应堆内部传到外部的传热材料 (冷却剂) 不一样。轻水型反应堆,顾名思义,是用水作传热介质,即作冷却剂。而高温瓦斯原子反应堆,是用氦作传热介质。氦与水等不同,即使在高温情况下,也不与其它材料发生化学反应。在反应堆芯部,氦被加热到1000℃以上,流经高温金属构成的管道,把热传到反应堆外部。
关于反应堆的安全性问题,据日本原子能研究所介绍说,由于反应堆芯部由大量石墨构成,温度达3000℃也不会熔化,即使出现美国三哩岛原子能发电站那样的事故,也有把握使反应堆停止工作。
现在,炼铁厂用焦炭作燃料,得到高温还原气体,再用高温还原气体把铁矿石还原,炼出金属铁。如果炼铁厂和高温瓦斯原子反应堆连接起来,那么就可以不用焦炭,而用炼油的副产品——沥青就可以炼铁,这就是所谓的 “原子能炼铁”。
另外,这种反应堆也可以作为乙烯等化工产业的后备热源。化工产业和炼铁一样,需要大量的热能和还原气体,采用这种热源反应堆,必收良效。此外,还可以考虑用于海水淡化、生产城市煤气、生产聚氯乙烯等。所以,除日本以外,德国、美国等先进工业国都在努力开发高温瓦斯原子反应堆。