石墨球床反應爐是什麼？美國將打造新型試驗型核電廠

美國田納西河谷管理局（TVA）與新型核能研究公司 Kairos Power 日前宣布，將在東田納西科技園區打造 50MW 低功率示範熔鹽石墨球床反應爐（Pebble bed reactor，卵石床反應爐） ，並將這新一代核電廠取名為 Hermes。

田納西河谷管理局為美國東南部 7 州約 1,000 萬人提供電力，目前約有 40% 電力來自於核電，可以說是以核為主，TVA 與 Kairos Power 合作後，將放行工程、營運與許可，讓示範電廠建設更為順利。

那麼這座名字為 Hermes 的球床反應爐是什麼技術呢？傳統核反應爐多採用濃縮鈾或是鈽燃料棒，由控制棒來控制核反應，並用循環水來冷卻爐心並推動渦輪，而 Hermes 石墨球床反應爐採用的燃料是網球大小的「球狀物」，這些球體外層包裹一層陶瓷，提高耐熱度也避免石墨遇高溫燃燒，內裏則是核燃料與充當緩衝的石墨，最後反爐內就有如球池，塞滿好幾千顆燃料球，不需要控制棒就能產生並維持高溫核反應。

這類核反應爐設計雖然功率密度比較低，但是較為安全，核燃料包覆在陶瓷中，也無機械輔助、散熱效果佳，理論上不會出現爐心熔解的問題；該反應爐也是用氦、氮或二氧化碳氣體當作冷卻劑，在高溫下直接推動渦輪引擎，由於不需要處理蒸氣，熱平衡系統的熱能效率也有所提高。

球床反應爐並非新技術，1947 年就已登場，但至今由於成本高、石墨容易燃料，至今尚未規模商業化，而 Hermes 做為 50MW 的小型試驗反應爐，則將採用熔融的氟鹽取代氣體。Kairos Power 表示，如果用一般的水當作冷卻劑，溫度達 100°C 就會沸騰，更可能會突然發生閃蒸現象，如果改用氟鹽，其沸點溫度高達 1,000°C，還能在常壓下傳遞大量熱量。

Hermes 發電量約 140 MWE，使用 19.75％ 濃縮鈾與石墨燃料球，工作溫度約 585°C。團隊表示，氟鹽化學性質穩定，不需要笨重又昂貴的高壓安全殼結構，反應爐發生故障時，也能透過自然循環持續冷卻反應爐。

隨著相關氣候政策出爐與反化石燃料世界趨勢下，核電吸引力正欲來愈高，但這並不是打造更多傳統的壓水反應爐，對於擁有 40% 核電的田納西河谷管理局來說，可能對更先進、不那麼常見的核反應爐更有興趣。

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（首圖來源：KAIROS POWER）