为了满足人工智能永不满足的能源需求，科技公司正在大力开发小型核反应堆。
上周，谷歌和亚马逊都宣布与正在开发小型模块化反应堆的公司达成协议。这些反应堆产生的电力比现有反应堆要少，许多设计包括不同类型的燃料或冷却剂，以及额外的安全功能。
这些公告放大了小型模块化反应堆的热度，考虑到对不会导致气候变化的清洁能源的需求，小型模块化反应堆近年来引起了越来越多的关注。为了满足这一需求，各种各样的公司如雨后春笋般涌现，提出了大量小型模块化反应堆的设计方案。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的核工程师凯瑟琳·哈夫（Kathryn Huff）表示：“如果将对弹性电力的需求与对清洁电力的需求以及这些设计的新兴可用性结合起来，人们的兴趣就会大幅上升。”
与此同时，美国政府一直在支持小型模块化反应堆的开发，进一步激发了人们的兴趣。
那么，这一潜在的新一代核能发电的前景如何呢？我们解析了有关核反应堆如何以及为何小型化的重大问题。
什么是小型模块化反应堆？
美国的商业反应堆通常产生约十亿瓦的电力。小型模块化反应堆的产量还不到其中的三分之一。
传统核电站需要大量的前期投资，这一障碍导致美国新反应堆的建设陷入停滞数十年。该国 30 年来建造的第一批新建反应堆——两座位于佐治亚州韦恩斯伯勒，分别于 2023 年和 2024 年投入使用——耗资约 300 亿美元。该工程的建设比原计划晚了数年，并且超出预算数十亿美元。
通过转向小型反应堆，公司和政策制定者的目标是推动核电的扩散，核电被誉为一种可靠的能源，不排放温室气体。
此外，由于较小的反应堆产生的电力较少，因此在发生事故时安全关闭反应堆所需的余热也较少，从而简化了安全系统。
赫夫说，使用较小的反应堆，可以更轻松地在工厂外制造组件并将其运送到需要的地方，而不是在现场使用原材料进行定制制造。 “像飞机而不是机场那样建造的反应堆越多，通常就越便宜。”
是什么激发了人们对这些反应堆的兴趣？
在美国，核电目前得到了民主党和共和党的支持，这种不寻常的情况使得该行业在政治权力转移的情况下蓬勃发展。 “在过去 10 年里，人们的支持相当稳定且不断增长，我认为这是一件大事，”密歇根大学的核工程师托德·艾伦 (Todd Allen) 说。核能是拜登政府实现气候目标计划的支柱。
与此同时，人工智能的给那些不想被视为气候变化坏人的科技公司带来了一个问题（序列号：12/11/23）。谷歌10月14日宣布将从小型模块化反应堆购买能源，该反应堆将由谷歌建造凯罗斯动力，其目标是在 2030 年代启动反应堆。 10 月 16 日，亚马逊宣布X-energy 公司与弗吉尼亚州和华盛顿州的公用事业公司达成协议，建立小型模块化反应堆。
感兴趣的不仅仅是大型科技公司。一个2023年协议X-energy 与化学公司陶氏化学公司之间的合作宣布，将在陶氏化学公司的一个工厂建造一座小型模块化反应器。
美国能源部一直在资助小型模块化反应堆的开发。 10月16日，美国能源部宣布9亿美元资金用于部署小型模块化反应堆。 X-energy 和比尔·盖茨支持的 TerraPower 都在能源部的支持下建设示范项目。
在可预见的未来，传统核电站仍然发挥着作用。 9 月 20 日，微软宣布达成协议，重启宾夕法尼亚州米德尔敦附近的三哩岛发电厂，该发电厂于 2019 年关闭。（是的，那三哩岛。之后，该厂的另一个反应堆继续运行（序列号：4/7/79).)
麻省理工学院的核工程师科鲁什·希尔万（Koroush Shirvan）表示：“传统上避免将核能纳入其投资组合的公司，因为它们担心公众的看法和潜在的政策反弹，但现在却挺身而出并接受它。”
该技术与现有反应堆有何不同？
美国的商业核反应堆一般使用同类型的铀燃料，并采用水冷却。但许多小型模块化反应堆设计打破了这种模式。
反应堆中使用的铀经过浓缩，包含更多相关的铀品种或同位素 U-235。目前的反应堆使用浓缩至百分之几的 U-235 的铀。许多小型模块化反应堆将使用浓缩度高达 20% 的 U-235，称为(序列号：7/3/24）。该燃料使小型模块化反应堆比使用传统燃料的反应堆运行更有效。美国并没有大量商业化生产 HALEU，但为了满足需求，已经开始加紧努力。
一些反应堆使用的燃料也有更明显的不同。例如，X-energy 和 Kairos 将使用 TRISO 燃料：封装的罂粟籽大小的铀颗粒包含在较大的材料球中，每个球的大小与网球一样。赫夫说，这种燃料“在很长一段时间内对非常高的温度非常稳定”。 “它为你提供了额外的防御层。”
冷却剂是用于将热量从反应堆传递到工厂发电部分的介质，也是一个至关重要的选择。 TerraPower 使用液态钠，Kairos 使用熔融氟化盐，X-energy 使用氦气。不同的冷却剂具有多种优点，例如提高传热效率或消除对加压容器的需求。
这些设计还融入了不需要人工干预即可启动的安全功能，有助于确保反应堆在紧急情况下安全关闭。它们利用简单的物理原理，例如依靠重力、压力差或液体冷却剂的自然对流来冷却堆芯。
接下来怎么办？
小型模块化反应堆的概念已经存在多年，但之前的尝试尚未成功。甚至最近的努力也遭遇了挫折。作为爱达荷州项目的一部分，反应堆公司 NuScale 原本计划在美国生产第一批商用小型模块化反应堆，但该项目在成本激增后于 2023 年被取消。
现在，随着大型科技公司纷纷加入其中，支持者希望小型模块化反应堆能够很快投入使用。
“你可以看到势头正在增强，”艾伦说。 “这并不意味着今年将会有一个新的商业版本，但它也比我们很长一段时间以来在核领域看到的更真实的东西。”
