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(zhǔn)的第四代反應(yīng)堆，也是 50 年來第一個非輕水反應(yīng)堆。該反應(yīng)堆正在與一個非核示范裝置同時建設(shè)，這將有助于為新反應(yīng)堆設(shè)施的設(shè)計提供依據(jù)。

盡管美國是民用核能領(lǐng)域的先驅(qū)國家之一，但它已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于中國和印度等曾經(jīng)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(jīng)濟(jì)原因，但在維持現(xiàn)代工業(yè)社會的同時減少碳排放的動力正促使核反應(yīng)堆以更先進(jìn)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(nèi)斯低功率示范反應(yīng)堆。它不會為電網(wǎng)發(fā)電。相反，它的功能是開發(fā) Kairos 的熔融氟化鹽冷卻卵石床反應(yīng)堆，這是一種固有的安全設(shè)計，能夠在發(fā)生事故時自行關(guān)閉并保持反應(yīng)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(zhì)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(dān)心輻射的情況下研究運行中的機(jī)器，并讓他們找到使核電站的建設(shè)和運行更加經(jīng)濟(jì)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(yīng)堆，而在于建造和維護(hù)反應(yīng)堆所需的土木工程。

據(jù)該公司稱，在橡樹嶺的建設(shè)只是項目的一半。反應(yīng)堆本身采用模塊化設(shè)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(yīng)堆是一種卵石床反應(yīng)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(dāng)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(yīng)堆堆芯中，該堆芯的設(shè)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(yīng)，乏燃料則收集在容器底部。

同類反應(yīng)堆使用氦氣冷卻，而赫爾墨斯反應(yīng)堆則使用在反應(yīng)堆中循環(huán)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(yīng)堆堆芯的溫度保持在 1,085 °F(585 °C)。二級鹽循環(huán)與蒸汽發(fā)生器相連，蒸汽發(fā)生器又帶動渦輪機(jī)運轉(zhuǎn)。

如果反應(yīng)堆的電力因任何原因中斷，燃料卵石會根據(jù)物理定律自動調(diào)節(jié)核反應(yīng)。隨著反應(yīng)堆升溫，可用于維持反應(yīng)的中子減少，反應(yīng)也隨之減弱。幾個小時內(nèi)，反應(yīng)堆就會達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。與此同時，熔鹽通過自然循環(huán)流動，冷卻堆芯。即使反應(yīng)堆溫度驟升，燃料卵石也非常堅固，在任何預(yù)計情況下都不會降解。

所有這一切都發(fā)生在普通海平面壓力下，因此不需要特殊的安全殼結(jié)構(gòu)或壓力容器。反應(yīng)堆也是由 316 不銹鋼制成，具有很強(qiáng)的耐鹽腐蝕性。

赫爾墨斯反應(yīng)堆布局示意圖

"Hermes 是向部署先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)邁出的關(guān)鍵一步，該技術(shù)有可能改變我們的能源格局，"Kairos Power 首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Mike Laufer 說。"我們從該反應(yīng)堆的建造和運營中汲取的經(jīng)驗教訓(xùn)將非常寶貴，有助于我們在測試項目中繼續(xù)創(chuàng)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(yù)計將于 2027 年竣工。盡管比爾-蓋茨正在懷俄明州開發(fā)自己的反應(yīng)堆項目，但他仍在等待政府的批準(zhǔn)，然后才能建造核電站，而 Kairos 已經(jīng)獲得了政府的批準(zhǔn)。