美國能源部正在投入大量資金維持美國的老舊核反應堆繼續運行，同時(shí)為未來(lái)的核能產(chǎn)業(yè)打下基礎。核能仍然是美國領(lǐng)先的單一零碳電力來(lái)源。以下是美國能源部正在投入資金的五個(gè)目標。
先進(jìn)理論研究
近日，美國政府宣布的一項撥款將支付1200萬(wàn)美元，以資助美國各國家實(shí)驗室的科學(xué)家對核物理的邊緣問(wèn)題進(jìn)行高級研究。
根據能源部的一份聲明，資助的五個(gè)項目“涵蓋了核子的三維內部結構、夸克和膠子的奇異狀態(tài)、夸克—膠子等離子體的微觀(guān)特性以及中微子和核相互作用等主題。
雖然這項研究是先進(jìn)的，而且主要是理論研究，但有可能開(kāi)辟廣泛的實(shí)際應用。
“核物理學(xué)的進(jìn)展為我們世界的本質(zhì)提供了重要的新見(jiàn)解，以及在國家安全、能源、健康和太空探索領(lǐng)域的新應用”，核物理學(xué)科學(xué)副主任霍爾曼在一份聲明中說(shuō)。
任何這樣的進(jìn)步都需要“嚴格的理論框架”，以幫助科學(xué)家推動(dòng)具有實(shí)際效益的下一代研究?；魻柭a充說(shuō)。
這些將包括“探索更多的清潔能源選擇以及核醫學(xué)和工業(yè)的新應用”。
培訓核電工程師
能源部還在資助大學(xué)教育“下一代核安全工作隊伍”。將有500萬(wàn)美元提供給三所州立大學(xué)，以幫助他們設立課程，培訓電氣工程師，在核反應堆中工作。
這個(gè)聯(lián)合項目匯集了德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校、新墨西哥大學(xué)和北卡羅來(lái)納州農業(yè)技術(shù)州立大學(xué)，將培訓學(xué)生設計能夠在核反應堆內的極端環(huán)境中運作的部件。
德克薩斯大學(xué)電氣工程教授雷耶斯在一份聲明中說(shuō)：“我們正處于一個(gè)特殊的時(shí)間點(diǎn)，工業(yè)界和政府都認識到迫切需要增加電氣工程的勞動(dòng)力。”
雷耶斯補充說(shuō)，需要擴大就業(yè)培訓，“以刺激國內電力需求的增長(cháng)，如芯片制造、交通電氣化、航空航天系統和先進(jìn)的電子封裝等領(lǐng)域”。
讓老廠(chǎng)繼續運轉
今年早些時(shí)候通過(guò)的基礎設施立法，包含了60億美元的民用核信用額度，幫助保持核電廠(chǎng)的正常運行，否則這些電廠(chǎng)將被化石燃料電廠(chǎng)取代。
能源部上個(gè)月支付了第一筆款項，支出了11億美元以維持南加州的暗黑峽谷發(fā)電廠(chǎng)的運行。
該電廠(chǎng)已經(jīng)成為“雙碳”時(shí)代核電命運的公眾斗爭焦點(diǎn)，之前已被設定為到2025年分階段退役。而當地官員也贊揚了這項撥款。
Salud Carbajal議員在一份聲明中說(shuō)：“面對創(chuàng )紀錄的熱浪和不斷加劇的氣候危機，我們面臨太多的利害關(guān)系，不能在完全擺脫污染性化石燃料的斗爭中選擇后退。”
據能源部稱(chēng)，如果該核電站也關(guān)閉，就有13個(gè)本來(lái)可以使用的核電站的在過(guò)去十年中提前關(guān)閉。
能源部將于2023年1月開(kāi)始接受下一輪民用核電信貸申請。
建立核燃料供應鏈
官員們在11月宣布，能源部正投入1.5億美元用于生產(chǎn)對先進(jìn)反應堆至關(guān)重要的核燃料。所謂的高純度低濃鈾燃料(HALEU)是比目前反應堆中使用的核燃料濃縮度高得多的鈾，但與核武器中使用的各種濃縮鈾相比，它只是低濃縮的。
由于它對更小、更高效的核反應堆至關(guān)重要，能源部估計，到本世紀末，美國每年將需要約40噸的高濃縮鈾。
美國能源部部長(cháng)珍妮弗—格蘭霍姆在一份聲明中說(shuō)：“減少我們對敵對國家的HALEU燃料的依賴(lài)，并建立我們的國內供應鏈，將使美國能夠發(fā)展我們的先進(jìn)反應堆，并為美國人提供更多清潔、可負擔的電力。
這筆資金將提供給位于馬里蘭州的美國離心機運營(yíng)公司，用于支付6臺離心機的開(kāi)發(fā)費用，這些離心機每年可生產(chǎn)約一噸高濃縮鈾，足以滿(mǎn)足美國的緊迫需求。
能源部將其作為創(chuàng )建國內HALEU產(chǎn)業(yè)的更大動(dòng)力的一部分。
格蘭霍姆說(shuō)：“這表明，能源部致力于與行業(yè)伙伴合作，啟動(dòng)商業(yè)規模的HALEU生產(chǎn)，以創(chuàng )造更多的清潔能源就業(yè)機會(huì )，并確保所有美國人都能獲得核能的好處。
追趕核聚變的步伐
能源部在10月份宣布了提供4700萬(wàn)美元用于核聚變研究。與裂變不同，核聚變能量是通過(guò)強迫原子結合而不是分裂產(chǎn)生的，這個(gè)過(guò)程不會(huì )釋放出放射性污染。
但是，驅動(dòng)原子融合需要的極端高溫和高壓，目前的聚變仍然只是一種理論上的能源，無(wú)法實(shí)用。
在核聚變所需的過(guò)熱溫度和壓力下，氣體會(huì )變成等離子體，這是極難控制的。
利哈伊大學(xué)的Eugenio Schuster說(shuō)：“我們不能只是把它放在一個(gè)容器里，因為它將融化它所接觸到的任何東西。”他已獲得175萬(wàn)美元，與研究人員一起研究這個(gè)問(wèn)題。這筆錢(qián)有助于支付美國和國際科學(xué)家在中國、歐盟和韓國的研究“托卡馬克”場(chǎng)所進(jìn)行的合作實(shí)驗。
對這個(gè)問(wèn)題最有希望的解決方案是一個(gè)甜甜圈形狀的反應器，其中旋轉的磁場(chǎng)包含不斷增長(cháng)的聚變反應。這些磁場(chǎng)“創(chuàng )造了一個(gè)無(wú)形的瓶子來(lái)容納它，并防止這些帶電粒子逃逸”，Schuster補充說(shuō)。
Schuster駐扎在ITER——一個(gè)國際性的歐洲測試反應堆。在那里，科學(xué)家的目標是“產(chǎn)生比運行所需多10倍的能量”，他說(shuō)。“聚變界的每個(gè)人都在直接或間接地為ITER工作”。
其他的核聚變資金將支持美國研究人員在EAST和韓國的KSTAR進(jìn)行實(shí)驗——兩者都是比美國現有的方案更先進(jìn)的“長(cháng)脈沖裝置”。
在這些海外研究機構工作“將幫助我們從這些超導托卡馬克設備中開(kāi)展研究，以便最終我們可以在美國建立一個(gè)長(cháng)脈沖反應堆級別的裝置”，Schuster說(shuō)。
