“高级”并不总是更好

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核能的未来充满不确定性. 因为核能是一种低碳发电方式, 人们对扩大其作用以帮助减轻617888九五至尊娱乐变化的威胁有相当大的兴趣. However, 与其他低碳能源相比，该技术具有根本性的安全性和安全性劣势. 核反应堆及其相关的燃料生产和废物处理设施容易受到灾难性事故和破坏的影响, 它们可能被滥用来生产核武器材料. 核工业, policymakers, 如果要在不给公众健康带来不可接受的风险的情况下增加全球核电的使用，监管机构必须充分解决这些缺点, 环境, 以及国际和平与安全.

尽管许多地区对核能重新燃起了热情, 中国最近的增长速度远低于10年前的预期. No doubt, 2011年3月日本福岛第一核电站事故, 导致三个反应堆熔毁和大范围的环境放射性污染, 核能停滞不前的原因是什么. 更重要的是，与其他电力来源(主要是天然气)相比，建造新反应堆的成本更高, increasingly, 可再生能源，如风能和太阳能. 目前，世界各地新核电站的建设速度几乎赶不上那些已达到使用寿命或不再经济的现役核电站的退役速度.

在美国, 事实证明，新的核电站造价高昂，建设速度缓慢, 阻碍私人投资，助长公众怀疑. In the 2000s, 在工业对核能复兴的希望中, 美国核管理委员会(NRC)收到了建造20多座新反应堆的申请. 它们都是轻水反应堆(LWR)的进化版本。, 美国和其他大多数拥有核电的国家几乎所有正在运行的反应堆都属于这种类型. 像西屋这样的公司, 谁开发了AP1000, 承诺这些改进型轻水堆可以更快、更便宜地建造，同时提高安全性. 但甚至在动工之前，潜在买家就取消了几乎所有这些提议, 公用事业公司开始在V建造两个AP1000反应堆.C. 南卡罗来纳州的夏季工厂在经历了重大的成本超支和延误后放弃了该项目. 只剩下一个项目——位于Alvin W的两个AP1000机组. 佐治亚州的Vogtle工厂，但其成本翻了一番, 施工时间是最初预计的两倍多.

目前几乎所有正在运行和在建的核反应堆都是轻水堆, 之所以这么叫，是因为它们用普通的水(H2O)来冷却它们的热量, 高放射性岩心. 一些观察人士认为，LWR, 行业主力, 是否有内在缺陷阻碍了核电的发展. 除了造价高，施工时间长, 批评人士指出，除了其他问题外，轻水堆易受严重事故(如福岛核泄漏)的影响。, 他们对铀的低效利用, 以及它们产生的长寿命核废料.

In response, 美国能源部的国家实验室, universities, 许多私人供应商——从大型成熟公司到小型初创公司——正在追求与轻水堆根本不同的反应堆的发展. 这些非轻水反应堆(NLWRs)不是用水而是用其他物质冷却的, 比如液态钠, helium gas, 甚至是熔盐.1

低堆反应堆有时被称为“先进反应堆”." However, 这是当今大多数设计的用词不当, 这在很大程度上是几十年前提出的. 至少有一个低水堆概念，液态金属冷却快堆，甚至早于低水堆. Nevertheless, NLWR的设计者声称，这种反应堆具有创新的特点，可以颠覆核能工业并解决其问题. 他们各抒己见，声称他们的设计可以降低成本, 快速建立, 减少核废料的积累, 更有效地利用铀, 提高安全, 减少核扩散的风险. 更具体地说, 他们列举了被动关闭和冷却等特点的优势, 核废料回收利用核废料的能力, 以及为工业应用(如制氢)提供高温过程热. 一些NLWR供应商声称他们可以展示, license, 并在10年或20年内部署他们的设计.

这些说法是正确的吗?? 我们如何识别真正的创新，并识别那些可能无法实现的创新? 与任何技术一样，需要进行独立的现实检查. 从自动驾驶汽车到飞往火星的廉价航班, 硅谷式的快速颠覆性技术模式, 革命性的进步并不总是能轻易地适用于其他工程学科. 还有核能, 这需要艰苦的努力, time-consuming, 资源密集型研究与开发(R&D)被证明是较难颠覆的技术之一.

In part, 核工业推动低沸水反应堆商业化的动力，是希望向公众和政策制定者展示，有一种高科技可以替代静态反应堆, 轻水堆主导的现状:新一代“先进”反应堆. 但是一个基本的问题仍然存在:不同真的更好吗?简短的回答是否定的. 目前，几乎所有处于设计阶段的低沸水反应堆都没有提供足够显著的改进，不足以证明它们存在相当大的风险.

低水冷堆技术评估的关键问题

至关重要的是，政策制定者, regulators, 私人投资者充分审查低密度水反应堆开发商的声明，并准确评估成功开发和安全开发的前景, secure, 具有成本效益的部署. 考虑到617888九五至尊娱乐危机的紧迫性, 对这些技术进行严格的评估将有助于我们的国家和其他国家避免浪费时间和资源去追求那些只比轻水反应堆好一点——或者可能更差——的高风险概念.

需要考虑的关键问题如下:

• 与轻水堆相比，低密度水堆及其燃料循环的好处和风险是什么?
• NLWRs可能带来的总体收益是否大于风险，是否值得投入大量公共和私人资金将其商业化?
• 低沸水反应堆能否安全可靠地及时商业化，为避免617888九五至尊娱乐危机做出重大贡献?

为这些问题的决策提供信息, 忧思617888九五至尊娱乐家联盟(UCS)已经评估了关于nlwr主要类型的某些说法. In particular, 本报告在安全性和安全性方面比较了几种低沸水堆和低沸水堆, 核扩散和核恐怖主义的风险, 以及“可持续性”——在此背景下，这一术语包括一些低密度水反应堆经常声称的“回收”核废料和更有效地利用开采铀的能力. 该报告还考虑了某些NLWRs一次性运行的可能性, “繁殖和燃烧”模式, in theory, 在不需要回收核废料的情况下提高它们的铀效率——这是一个危险的过程，有严重的核扩散和恐怖主义风险.

非轻水反应堆技术

UCS考虑了以下几种主要的nlwr:

钠冷快堆(SFRs): 这些反应堆被称为“快堆”，因为, 不像轻水反应堆或其他使用低能(或“热”)中子的反应堆, 液态钠冷却剂不能缓和(减慢)核燃料发生裂变时产生的高能(或“快”)中子. 这些反应堆的特点和设计特点与轻水堆有很大的不同, 源于快中子的特性和液态钠的化学性质.

高温气冷堆(htgr): 这些反应堆由氦气等加压气体冷却，并在高达800摄氏度的温度下运行, 相比之下，轻水堆的温度约为300摄氏度. HTGR设计人员开发了一种特殊的燃料，称为TRISO(三结构各向同性)，以承受如此高的517888九五至尊娱乐温度. 高温高温堆通常含有石墨作为减速中子的慢化剂. HTGR主要有两种变体. A prismatic-block HTGR uses conventional nuclear fuel elements that are stationary; in a pebble-bed HTGR, 移动的燃料元件在反应堆堆芯中不断循环.

熔盐燃料反应堆(MSRs): 与使用固体燃料的传统反应堆不同, 它们使用溶解在熔盐中的液体燃料，温度至少为650℃. 被泵入反应堆的燃料也起到冷却剂的作用. msr既可以是使用慢化剂(如石墨)的热堆，也可以是不使用慢化剂的快堆. 当反应堆运行时，所有的msr都对燃料进行不同程度的化学处理，以去除影响反应堆性能的放射性同位素. Therefore, 不像其他反应堆, MSRs通常需要现场的化工厂来处理它们的燃料. MSRs还需要精密的系统来捕获和处理大量高放射性气体副产品.

非轻水反应堆燃料

如今的轻水堆使用的是以铀为基础的核燃料，其同位素铀235的含量不到5%. 这种燃料是由天然(开采)铀生产的, 哪一种铀-235的含量小于1%, 在一个叫做铀浓缩的复杂工业过程中. 铀235浓度低于20%的燃料被称为“低浓缩铀”(LEU)。. 专家们认为，在核武器开发方面，它远不如“高浓缩铀”(HEU)有吸引力。, U-235含量至少为20%.

大多数低沸水堆的燃料与轻沸水堆不同. Some proposed NLWRs would use LEU enriched to between 10 and 20 percent uranium-235; this is known as "high-assay low enriched uranium" (HALEU).虽然高浓缩铀被认为不适合直接用于核武器, 它比轻水堆中使用的低浓铀对核武器发展更具吸引力. 其他类型的低堆将使用从乏核燃料中分离出来的钚，这一化学过程被称为后处理. 还有一些人会利用钍元素辐照得到的同位素铀-233. 钚和铀-233都非常适合用于制造核武器.

Typically, 低水堆燃料的化学形态也不同于传统的低水堆燃料, 哪一种是由氧化铀组成的陶瓷材料. 快堆可以使用氧化物, 但它们也可以使用由金属合金或氮化物等化合物制成的燃料. htgr中的TRISO燃料由微小的氧化铀核(或其他铀化合物)组成，周围是几层碳基材料. MSR燃料是氟化物或氯化物盐化合物的复杂混合物.

低浓水反应堆的部署还需要新的工业设施和其他基础设施来生产和运输不同类型的燃料, 以及管理乏燃料和其他核废料. 这些设施可能会使用新技术，而这些技术本身就需要大量的R&D. 它们也可能带来与安全相关的不同风险, security, 与轻水堆燃料循环设施相比，这是评估整个系统的重要考虑因素.

非轻水反应堆:过去和现在

在20世纪中期, 原子能委员会(AEC)——今天的能源部(DOE)和nrc的前身——投入了大量的时间和资源来开发各种无水反应堆技术, 在美国各地支持不同规模的示范工厂. 其中几个反应堆的所有者在反应堆出现运行问题(例如，核反应堆)后放弃了它们, the Fort St. 科罗拉多的Vrain HTGR)，甚至是严重的事故(密歇根的Fermi-1 SFR)。.

尽管有这些负面的经历，美国能源部仍然继续进行R&不同类型的低水堆及其燃料循环. In the 1990s, 美国能源部启动了第四代计划, 其目标是“开发和展示满足未来安全需求的先进核能系统”, sustainable, 对环境负责, economical, proliferation-resistant, 物理上安全的能源.“虽然第四代确定了六种先进的反应堆技术, 美国能源部将其后续的大部分支持都给予了燃料堆和高温堆反应堆.

Today, 一些处于不同发展阶段的国家自然保护区项目正在进行中, 由公营及私营机构资助(表1). 在国会的支持下，能源部正在研制几座新的无水堆试验和示范反应堆. 它正在进行多功能试验反应堆(VTR)的设计和建造。, 它希望在2026年至2031年期间开始运营. VTR不会发电，但将用于测试用于开发其他反应堆的燃料和材料. 2020年10月, 美国能源部选择了两个低水堆设计，在2027年之前演示商业发电:Xe-100, 一个小型球床HTGR，将产生大约76兆瓦的电力。, 和345mw的Natrium, SFR本质上是一个更大版本的带电源生产单元的VTR. 美国能源部还为两个较小规模的项目提供资金，以展示熔盐技术. 此外，美国能源部、国防部(DOD)和一家私营公司Oklo, Inc., 正在进行所谓的微型反应堆的演示——容量从1兆瓦到20兆瓦的非常小的无水反应堆——并计划在未来几年内开始运行. 许多大学也表示有兴趣建造小型nlwr用于研究.

国会需要为这些项目中的任何一个项目提供足够和持续的资金. 例如，这还远远不能保证, 迄今为止，用于VTR的资金远远低于美国能源部的要求, 几乎可以肯定这个项目会被推迟.

新反应堆发展的目标

如果核电要在缓解617888九五至尊娱乐变化方面发挥更大的全球作用, 新的反应堆设计应该比现有的反应堆更安全、更可靠、更经济. 如今的轻水堆在面对类似福岛的事故时仍然过于脆弱, 为他们提供低浓铀燃料的铀浓缩工厂可能被滥用来生产用于核武器的高浓铀. However, 开发明显优于轻水堆的新设计是一项艰巨的挑战, 因为一个方面的改善可能会在其他方面产生或加剧问题. For example, 增加反应堆堆芯的物理尺寸，同时保持其发电速率不变，可能会使反应堆在事故中更容易冷却, 但这也可能增加成本.

此外，核能的问题不能仅仅通过更好的反应堆设计来解决. 同样重要的是管理许可的监管框架, construction, 以及核电站及其相关燃料循环基础设施的运行. 不充分的许可标准和监督活动可能危及改进设计的安全性. 一个关键的考虑因素是，监管机构需要在多大程度上提高安全水平——即所谓的“纵深防御”——以弥补新反应堆设计中的不确定性，这些设计缺乏或根本没有运行经验.

评估标准

UCS考虑了三个广泛的标准来评估低沸水堆和低沸水堆的相对优点:安全性和安全性, sustainability, 以及与核扩散和核恐怖主义有关的风险.

UCS在这里没有考虑到的一个特点是反应堆为工业应用提供高温过程热的能力——有时被认为是低沸水堆的主要优势. However, 迄今为止，潜在的工业用户对这些应用几乎没有兴趣, 他们可能会继续对在他们的设施内共同安置核电站持谨慎态度，直到安全状况得到改善, security, 可靠性问题也得到了充分解决. 同样值得怀疑的是，工业用户是否愿意承担管理反应堆核废料的成本和责任. Consequently, UCS将高温过程热的产生作为次要目标，首先需要在核安全和安保方面取得重大进展.3

安全和保安风险 反应堆和燃料循环设施是否易受严重事故或恐怖袭击的影响，导致放射性物质大量释放到环境中. 常规的放射性排放也是一些设计的考虑因素. UCS评价主要采用定性判断来比较不同反应堆类型的安全性, 因为目前还没有对低密度水反应堆进行与低密度水反应堆相同精度和严谨性的定量安全性研究. 可用于验证低密度水反应堆安全性研究的数据远少于低密度水反应堆, 哪些积累了大量的运营经验.

可持续性, 在这种情况下, 是指核废料产生的数量，反应堆和燃料设施需要安全, 长期处理, 以及使用天然(开采)铀和钍的效率. 可持续性标准可以量化，但通常具有很大的不确定性. 来解释这些不确定性, 本报告考虑了可持续性参数, 比如需要长期地质处理的耐热超铀元素(TRU)的数量, 要提高10倍或更多才能有意义吗.

核扩散和核恐怖主义风险 是否存在国家或恐怖组织从反应堆或燃料循环设施非法获取可用于核武器的材料的危险. 采用一次性燃料循环的轻水堆具有相对较低的扩散和恐怖主义风险. However, 任何利用乏燃料后处理和再循环的核燃料循环都比不进行后处理的轻水堆具有更大的核扩散和恐怖主义风险, 因为它为转移或盗窃钚和其他可用于核武器的材料提供了更大的机会. 针对反应堆和燃料循环进行后处理的国际保障和安全措施既昂贵又繁琐, 它们也不能完全弥补分离可用于武器的材料所造成的更大的脆弱性. 此外，使用低浓铀代替低浓铀会增加核扩散和恐怖主义风险, 尽管使用的程度远不如使用钚或铀233.

核扩散在美国并不仅仅因为美国已经拥有核武器并根据《617888九五至尊娱乐》(Nuclear Non-Proliferation Treaty)被指定为核武器国家而构成危险. As such, 它没有义务将其核设施和材料提交国际原子能机构(原子能机构)核查。, 尽管它可以自愿这么做. However, 美国核反应堆的发展确实对核扩散有影响, 一方面是因为美国供应商寻求向其他国家出口新的反应堆，另一方面是因为其他国家可能会效仿美国的计划. 美国有责任树立一个良好的国际榜样，确保自己的核事业符合最高的防扩散标准.4

并非所有这些标准都同等重要. UCS坚持认为，目前，提高安全性、降低扩散和恐怖主义风险应优先于提高新反应堆开发的可持续性. 考虑到铀现在既便宜又丰富, 目前并不迫切需要开发能耗更低的反应堆. Even so, 减少对铀矿开采的需求是有好处的, 哪一种对工人和环境有害，并且在历史上对弱势群体有严重影响. 如果开采铀的成本显著增加，开发更高效的反应堆可能会变得更有用, 无论是由于资源枯竭还是由于加强了对职业健康和环境的保护. UCS也没有考虑到低沸水堆比低沸水堆更经济的潜力. 尽管经济学是一个重要的考虑因素，并且与上面列出的标准相关, 这样的评估将取决于许多公开和高度不确定的问题, 比如最终的设计细节, 未来的监管要求, 供应链的可用性.

非自然保护区类型的评估

UCS查阅了现有文献中的数百份文件，根据三个评估标准评估了三大类NLWR的相对风险和收益(表2)。.

钠冷却快堆

安全及保安风险: SFRs有许多安全问题，而这些问题对于轻水堆来说是不存在的. 钠冷却剂如果暴露在空气或水中会燃烧, SFR可能会经历难以控制的快速功率增长. 在严重的事故条件下，SFR堆芯甚至有可能像小型核弹一样爆炸. 特别令人担忧的是，如果燃料过热，钠冷却剂沸腾，可能会出现失控的功率偏移, SFR的功率通常会迅速增加而不是减少, 导致一个正反馈循环，如果不迅速控制，可能会导致核心损坏.

切尔诺贝利4号机组在前苏联, 虽然不是快反应堆, 是否存在类似的设计缺陷(即所谓的“正空隙系数”).这是1986年反应堆灾难性爆炸的一个主要原因. 一个正的空隙系数显然不是一个被动的安全特性，在商业规模的SFRs中，它不能通过设计完全消除. 以减轻这些和其他风险, 快堆应该有轻水堆不需要的额外工程安全系统, 这会增加资本成本.

可持续性: 因为快中子的特性, 快堆确实提供了, in theory, 通过更有效地利用铀或减少反应堆及其燃料循环中TRU元素的数量，比轻水堆更具可持续性的潜力. 这是快堆与轻水堆相比唯一明显的优势. 然而，像泰拉能源公司开发的Natrium这样的一次性快速反应堆, 一家由比尔·盖茨创立并支持的公司, 会比轻水堆的铀效率低吗. 显著提高可持续性, 大多数快堆都需要对乏燃料进行后处理和再循环, 反应堆和相关的燃料循环设施需要以极高的性能持续运行数百年甚至数千年. 政府和工业界都不能保证后代将继续无限期地运行和更换这些设施. 目前建设这样一个系统所需的巨额资本投资，在合理的时间框架内只能产生微不足道的可持续性效益.

核扩散和恐怖主义: Historically, 快堆需要钚或高浓铀燃料, 这两种物质都可以轻易用于核武器，因此会带来不可接受的核扩散和核恐怖主义风险. 目前正在开发的一些SFR概念使用高浓铀代替钚，并且可以在一次通过循环中运行. 与经过后处理的钚燃料快堆相比，这些反应堆的扩散和安全风险较低, 但它们会有许多与其他sfr相同的安全风险. And, as pointed out, 大多数一次性燃料堆实际上比轻水堆更具可持续性，因此无法实现燃料堆的主要效益. 出于这个原因, 这些一次性的SFRs很可能是“门户”反应堆，最终将过渡到经过后处理和再循环的SFRs. 唯一的例外——如果技术上可行的话——是在增殖-燃烧模式下运行的一次性快速反应堆. 然而，唯一一个经过显著R&D, 泰拉能源公司的“行波反应堆”,在517888九五至尊娱乐了十多年后，最近被停职, 这表明它的技术挑战太大了.

高温气冷反应堆

安全及保安风险: htgr有一些吸引人的安全特性，但也有一些缺点. 它们的安全植根于TRISO燃料的完整性, 设计用于高温高温堆的高正常517888九五至尊娱乐温度(高达800℃)，并可保留放射性裂变产物高达约1,600ºC，如果发生冷却剂丢失事故. However, 如果燃料加热到超过这个温度——就像在xe -100中那样——裂变产物的释放速度就会显著加快. 因此，尽管TRISO有一些安全上的好处，但这种燃料远不能像一些人声称的那样防熔毁. Indeed, 最近在爱达荷州先进试验反应堆进行的TRISO燃料辐照试验不得不提前终止，因为燃料开始以足以挑战场外辐射剂量限制的速度释放裂变产物.

TRISO燃料的性能也主要取决于持续生产严格规格的燃料的能力, 哪个还没有被证明. HTGRs are also vulnerable to accidents in which air or water leaks into the reactor; this is much less of a concern for LWRs. 在球床高温堆中，燃料的移动带来了新的安全问题.

尽管有这些未知, htgr在设计时没有采用轻水堆所具有的传统密封性容器，这可能会抵消设计和燃料所带来的固有安全优势. 考虑到不确定性, 需要进行更多的测试和分析，才能最终确定htgr是否比轻水堆安全得多.

可持续性: htr的可持续性总体上低于轻水堆. 由于使用高浓缩铀，他们没有更有效地利用铀, 它们会产生大量的高放射性废物. 尽管球床htgr比柱状块htgr更灵活，铀效率更高, 这种差异不足以克服使用低浓铀燃料带来的不利影响.

核扩散和恐怖主义: 与轻水堆相比，高温轻水堆引发了额外的核扩散问题. 目前的高温高温堆设计使用的是高低温堆, 哪个比轻水堆使用的低浓铀级别更有安全风险, 三iso燃料的制造比轻水堆燃料的制造更具有挑战性. Also, 球床高温高温堆的核材料很难准确计算，因为燃料在反应堆运行过程中不断地进进出出. 另一方面, 对于核扩散者来说，再处理三iso乏燃料以提取可裂变物质可能比再处理轻水堆乏燃料更为困难，因为所需的化学过程不太成熟.

熔盐燃料反应堆

安全及保安风险: MSR的支持者指出，这种类型的反应堆不会熔化——燃料已经熔化了. 然而，这种简单化的论点掩盖了MSR燃料带来独特安全问题的事实. 高温液体燃料不仅具有很强的腐蚀性, 但它流经反应堆系统时的复杂行为也很难建模. 如果冷却中断，燃料可能会在几分钟内升温并摧毁一个MSR. 也许最严重的安全缺陷是, 与固体燃料反应堆相比, msr通常会释放大量气态裂变产物, 哪些必须被困住并储存. 一些释放出来的气体很快就会衰变成令人头疼的放射性核素，比如铯-137——一种高放射性同位素，在切尔诺贝利和福岛核事故后造成了持续和广泛的环境污染.

可持续性: 支持msr的一个主要理由是，它们比使用固体燃料的反应堆更灵活，运行起来也更可持续. In theory, 一些msr将能够比轻水堆更有效地利用自然资源，并产生更少的长寿命核废料. However, 对于一系列热和快速MSR设计而言，实际的可持续性改进太小, 即使是乐观的业绩假设, 以证明他们的高安全性和安全风险.

核扩散和恐怖主义: MSRs给核安全带来了独特的挑战，因为当液体燃料流经反应堆时，很难准确地说明核材料的去向. In addition, 有些设计需要现场, 持续运转的燃料后处理工厂可能为转移或窃取可用于核武器的材料提供额外途径.

MSRs还可能干扰为核查《517888九五至尊娱乐》生效后遵守情况而设立的全球放射性核素监测网，从而危及全球核安全.MSR释放出大量同样的放射性氙同位素，这些同位素是秘密核爆炸的标志——MSR的开发者似乎没有解决这个问题. 目前尚不清楚是否可行或负担得起将这些同位素捕获和储存在MSRs，以避免降低监测系统检测条约违反的有效性.

低浓缩铀的安全商业化:时间表和成本

低碳水反应堆能否迅速部署，在减少碳排放和避免617888九五至尊娱乐变化的最坏影响方面发挥重要作用? 联合国政府间617888九五至尊娱乐变化专门委员会2018年的特别报告确定了85种到2050年的能源供应途径，能够实现《517888九五至尊娱乐》将全球平均气温上升限制在1摄氏度以内的目标.5°C. 到2050年，这些途径的核电装机容量中值比2020年的水平高出150%左右. 考虑到计划退休, 这相当于至少两打1,从现在到2050年，全球每年将有000兆瓦的反应堆上线，是最近全球新建轻水堆速度的5倍. 如果世界必须等上几十年，低沸水反应堆才能投入商业使用, 要想在2050年前填补这一缺口，它们的建造速度必须更快.

一些低堆反应堆的开发商表示，他们将能够在本世纪20年代末实现反应堆的商业化部署，以应对这一挑战. However, 如此激进的时间表与西屋AP1000等新反应堆最近的经验不符, 进化的LWR. 尽管AP1000有一些新颖的特点, 它的设计者利用了几十年的轻水堆运行数据. Even so, 这花了30多年的研究, development, 在中国第一座ap1000反应堆——三门1号机组——于2018年开始发电之前进行建设.

那么，不那么成熟的低水堆如何能比AP1000更快地实现商业化呢? At a minimum, 在21世纪20年代的商业部署将需要绕过对确保安全性和可靠性至关重要的两个发展阶段:缩小规模的原型反应堆演示和全规模的原型反应堆演示. 通常需要原型反应堆来展示性能并进行安全性和燃料测试，以解决新反应堆设计中的知识空白. 原型也可能具有基本设计中没有的额外安全功能和仪表, 以及不适用于商业单位的运营限制.

在2017年的报告中, 美国能源部断言，SFRs和htgr已经足够成熟，无需额外的原型测试就可以进行商业演示. 对于这两种类型中的任何一种, 美国能源部估计，完成第一个商业示范装置将耗资约40亿美元，需要13至15年的时间, 假设反应堆的建造和启动测试需要7年时间. 在示范机组运行了五年之后, 更多的商业单位可能会在本世纪30年代中期跟进.

In contrast, 用于msr和其他较低成熟度的设计, 美国能源部的报告认为，缩小尺寸和全尺寸的原型机(该报告将其称为“工程”和“性能”演示, 在建成一个商业示范反应堆之前，需要分别进行两项试验. 这些额外的阶段可能会增加20亿至40亿美元的成本，并使开发时间延长20年. The subsequent commercial demonstration would not begin until 2040; reactors would not be available for sale until the mid-2040s or even the 2050s.

In May 2020, 此前，美国国会为新的先进反应堆示范项目(ARDP)提供了1.6亿美元的初始资金，, 美国能源部发布了两个“先进”商业示范反应堆的招标. 2020年10月, 考虑到2017年的技术评估，美国能源部选择了SFR和HTGR设计. 美国能源部估计这些项目将花费高达3美元.各20亿美元(供应商出资50%)用于反应堆及其配套燃料设施. 能源部要求这些反应堆在七年内投入运行, 时间表——包括核管理委员会的许可, construction, 燃料生产, 它承认启动测试是非常激进的.

However, 即使能在最后期限前完成，反应堆也能可靠地517888九五至尊娱乐, 在本世纪30年代初之前，后续的商用机组可能不会订购. Moreover, 美国能源部为ARDP选择的两种设计是否成熟到足以进行商业演示还远远不能确定. 过去的SFRs和htgr演示都遇到了安全性和可靠性问题. Additionally, 两种反应堆类型, 美国能源部选择的设计与过去的示范反应堆有很大不同.

In the 1990s, 核管理委员会的结论是，在批准这两种反应堆类型之前，需要从具有代表性的原型测试中获得信息——但原型从未建造过. More recently, 在给核管理委员会的信中, 原子能机构的独立反应堆保障咨询委员会重申了原型在新反应堆开发中的重要性. Nevertheless, 美国核管理委员会——一个如今远为弱势的监管机构——显然已经改变了立场，可能会在不需要先进行原型测试的情况下，批准ARDP示范反应堆. 但通过跳过原型测试，直接进入商业单元, 这些项目不仅可能会遇到意想不到的可靠性问题, 但也有可能发生严重事故，危及公众健康和安全.

无水反应堆示范和随后的商业部署面临的另一个挑战是这些反应堆燃料的可用性, 这与现在的轻水堆使用的燃料有很大的不同. 即使是一个小型反应堆，每年也可能需要几吨高浓铀——远远超过美国能源部资助的森特勒斯能源公司(Centrus Energy Corporation)在皮克顿(Piketon)建造的一个试验浓缩工厂预计在未来几年内每年可提供的900公斤, Ohio. 目前尚不清楚该试点是否会成功，能否及时扩大规模，以支持到2027年的两个NLWR示范, 更不用说已经提出的许多其他高浓铀燃料反应堆项目了.

LWR的未来

那些认为核电的进步取决于发展低水堆的人，并没有提出一个令人信服的理由，证明低水堆没有未来. 轻水堆技术几乎可以实现所有轻水堆设计的技术创新, 包括被动安全功能, 模块化结构的潜力, 先进燃料的使用, 非电的应用, 更大的工厂自主权，最大限度地降低劳动力成本, 地下选址. 尽管LWR有它的问题, NLWR的设计显然面临着一套不同但同样可怕的安全问题, security, 以及核扩散的挑战.

另一个需要考虑的问题是，一旦部署，新型反应堆需要多长时间才能达到可靠的性能. 核电站运营商和研究人员花了30年时间，才将美国轻水堆的平均容量系数从50%提高到90%. 低水堆技术相对较低的成熟度并不支持这些反应堆能够在更短的时间内达到类似性能水平的观点.

评估结论

非轻水核反应堆的前景广阔而复杂, 对整个领域进行深入的调查超出了本报告的范围. Nevertheless, 即使在这个阶段，也足以清楚地得出一些关于无水反应堆的安全性和安全性及其快速部署前景的一般性结论.

根据现有证据, 目前正在考虑的nwr设计(除了可能的一次性设计), 与轻水堆相比，即产即燃式反应堆没有明显的改进，不足以证明它们的诸多风险是合理的. 监管机构和其他政策制定者应该更密切地关注正在进行的核电项目，以确保它们优先考虑安全和保障. 未来对低水堆技术研究的拨款, development, 而且，在部署这些技术时，应该对投入纳税人数十亿美元可能带来的社会效益进行现实的评估.

几乎没有证据支持这种说法，即nlwr将比现在的lwr安全得多. 虽然一些低水反应堆的设计提供了一些安全优势, 它们都有新的特征，可能会使它们不那么安全.

所有NLWR的设计都会引入新的安全问题，这些问题需要大量的分析和测试才能完全理解和解决，而且可能无法完全解决. 确定任何低水堆概念是否明显比低水堆安全, 反应堆必须达到技术成熟的高级阶段, 经过完整全面的安全测试和分析, 并在现实条件下获得了重要的操作经验.

任何核反应堆系统都可以“燃烧”或“消耗”核废料的说法是一种误导性的过度简化. 反应堆实际上只能使用一小部分乏燃料作为新燃料, 将这部分分离会增加核扩散和恐怖主义的风险.

任何核反应堆都不能将乏燃料直接用作新燃料. Instead, 用过的燃料必须“再加工”——用化学方法提取钚和其他TRU元素, 然后必须重新制造成新的燃料. 这带来了一个严重的危险:钚和其他TRU元素可用于核武器. 后处理和再循环使这些材料容易被转移或盗窃，并增加了核扩散和恐怖主义的风险——这些风险解决起来代价高昂，而且技术和体制措施无法完全减轻. 任何需要后处理的燃料循环都比在地质储存库中直接处置乏燃料的“一次性”循环具有更大的扩散和恐怖主义风险.

一些低水堆具有比低水堆更大的可持续性潜力, 但这些改进似乎太小，不足以证明它们的扩散和安全风险是合理的.

尽管一些低水堆系统可以更有效地利用铀，并在核废料中产生少量的长寿命TRU同位素, 对于大多数设计来说，这些好处只能通过反复对乏燃料进行后处理，以分离出这些同位素并在新燃料中再循环来实现——这带来了不可接受的扩散和安全风险. In addition, 后处理工厂和其他相关的燃料循环设施的建造和运营成本很高, 与轻水堆一次性循环相比，它们增加了环境和安全影响. Moreover, 实践中可持续性的提高在合理可预见的时间范围内不会显著.

Once-through, 在无需后处理的情况下，再生-燃烧反应堆有可能更有效地利用铀, 但许多技术挑战依然存在.

有一种类型的低水位控制系统，原则上可能比低水位控制系统更具可持续性，而不会增加扩散和恐怖主义风险，那就是一次性直通, breed-and-burn反应堆. 像泰拉能源公司的行波反应堆这样的概念可以使用贫铀废料库存作为燃料, 哪一种方法能提高铀的使用效率. 尽管在铀价格便宜且储量丰富的情况下，没有经济动机去开发更高效的铀反应堆, 减少铀矿开采可能出于其他原因是有益的, 这样的反应堆在未来可能会很有用. However, 要实现再生燃烧操作，必须克服许多技术挑战, 包括高燃耗燃料的开发. 事实是，泰拉能源公司在经过十多年的开发后，暂停了这个项目，转而追求一种更传统、铀效率低得多的SFR, the Natrium, 说明这些挑战太大了.

高含量低浓缩铀(HALEU)燃料, 这是许多低水堆设计所需要的吗, 与正在运行的轻水堆船队使用的低浓度低浓缩铀相比，具有更高的核扩散和核恐怖主义风险.

许多低水堆设计要求铀浓缩到比低水堆燃料典型的5% U-235更高的浓度. 尽管铀-235浓度在10%到20%之间(这里定义为高浓缩铀)的铀被认为是不现实的，不能直接用于核武器, 与目前轻水堆中低浓度的浓缩铀相比，它在武器使用方面更有吸引力，而且需要更严格的安全保障.

不应低估任何低水堆设计安全商业化所需的大量时间和资源.

任何低水冷堆设计的开发和商业部署都可能需要几十年的时间和数十亿美元的资金, 连同其相关的燃料循环设施和其他支助活动. 这样的发展计划将伴随着重大的延迟或失败的风险，并且需要长期的管理和资金承诺. 即使商业上可行的设计被证明, 在那之后，要部署大量的机组并安全可靠地运行，还需要很多年的时间.

声称他们的nlwr可以更快地商业化的供应商通常认为他们的设计不需要全面的性能演示和广泛的安全测试, 这可能会使开发时间延长10年以上. However, 目前钠冷快堆和高温气冷堆的设计与过去的反应堆演示有很大的不同，它们无法在获得许可和商业部署之前绕过额外的全尺寸原型测试. 熔盐燃料反应堆只进行过小规模的示范，因此更不成熟. 在开发的早期阶段投入商业使用的低沸水反应堆存在性能不佳和意外安全问题的高风险.

建议

美国能源部应该暂停先进反应堆示范项目，等待核管理委员会的调查结果，是否需要在批准这两种选定的设计作为商业动力反应堆之前进行全面的原型测试.

美国能源部选择了两种低沸水堆设计, Natrium SFR和Xe-100球床HTGR, 到2027年进行全面商业运营示范. However, 美国核管理委员会尚未评估这些设计是否足够成熟，以便在没有从全尺寸原型电站获得数据以证明新的安全特性的情况下，就可以批准它们, 验证计算机代码, 并在具有代表性的环境中对新型燃料进行鉴定. 没有这样的评估, 核管理委员会可能会缺乏确保安全所需的信息, 确保这些反应堆的安全运行. 美国能源部应该暂停先进反应堆示范计划，直到核管理委员会在与该机构的反应堆保障咨询委员会和外部专家协商后，决定是否首先需要原型机.

国会应该要求一个独立、透明、同行评议的小组来指导所有能源部的研发517888九五至尊娱乐&D关于新的核概念，包括建造额外的试验或示范反应堆.

考虑到低水堆设计商业化需要长时间和高成本, 能源部应该为NLWR提供资金&这是明智的，而且只适用于那些有很大可能显著提高安全性和安全性，并且不会增加扩散风险的反应堆概念. Moreover, 不同于为先进反应堆示范计划选择两种反应堆设计的过程, 决策应透明.国会应该要求能源部召集一个独立的, 公开委员会，彻底检讨所有建议发展和示范的低水堆设计的技术优点, 包括那些已经入选ARDP的人. The commission, 谁的成员应该代表广泛的专业知识和观点, 会建议只资助那些极有可能成功商业化，同时明显比当前一代轻水堆更安全的设计吗.

美国能源部和其他机构应彻底评估大幅扩大生产对扩散和核恐怖主义的影响, processing, 以及运输支持低浓缩铀广泛部署所需的高含量低浓缩铀.

大规模部署使用低浓铀燃料的低浓铀堆需要建立新的工业基础设施来生产和运输这种材料. 美国能源部正在积极推动高浓铀燃料反应堆的出口设计. 鉴于高浓铀比低浓铀具有更高的安全性, 国会应要求能源部立即评估向全球广泛使用低浓缩铀过渡对核扩散和核恐怖主义的影响. 这项评估还应处理安全和保障措施所需的资源，以确保这种过渡能够在不增加不可接受的风险的情况下进行.

美国应使所有新的反应堆和相关燃料设施符合原子能机构保障措施的条件，并向该机构提供开展核查活动所需的资源.

The IAEA, 谁负责核实世界各地的民用核设施没有被滥用于生产核武器材料, 在保护许多类型的低浓水堆及其相关燃料循环设施方面的经验有限或没有. NLWR项目正在考虑在美国部署, 例如Natrium SFR和Xe-100球床高温高温堆, 会为原子能机构制定保障措施提供理想的试验台吗. However, 作为一个核武器国家, 美国没有义务让国际原子能机构进入其核设施. 以身作则，推进防扩散事业, 美国应立即向国际原子能机构提供许可和资金，以便对美国所有新的核设施实施保障措施, 从设计阶段开始. 这将有助于及早发现保障方面的挑战，并使原子能机构在核查其他国家部署的类似设施方面获得经验.

美国能源部和国会应该考虑把重点放在核能研发上&重点是提高轻水堆的安全性，而不是将不成熟的轻水堆设计商业化.

轻水堆技术得益于数十年的实验数据积累所积累的大量信息, analysis, 和操作经验——远远超过了任何一个低水保护区. 这使得轻水堆比其他核技术具有显著的优势. 能源部和国会应该对聚焦R的好处做一个更彻底的评估&D资金用于解决突出的安全问题, security, 以及轻水堆的成本问题，而不是试图将不太成熟的反应堆概念商业化. 如果目标是扩大核能以帮助应对未来几十年的617888九五至尊娱乐危机, 改进轻水反应堆可能是一个风险较小的赌注.

Endnotes

1. 本报告的重点是nlwr，而不是LWR设计与运营舰队的不同, 比如NuScale小型模块化反应堆设计，目前正在接受核管理委员会的审查. UCS此前在其2013年的报告《617888九五至尊娱乐》中评估了与小型模块化轻水堆相关的问题. This report also does not discuss nuclear fusion reactors; despite some recent progress, 与早期的裂变反应堆概念相比，这些可能离商业化更远.
2. 一些来源将低浓铀定义为铀235浓度在5%到20%以下的低浓铀. 但这一范围与不同低浓缩铀等级的核安全风险并不相符. 本报告采用了铀浓缩联盟URENCO使用的低浓铀定义.
3. 无论如何，低碳水反应堆并不垄断非电力应用. 当前一代轻水堆以及小型模块化轻水堆正在进行非电力应用的试点，如制氢. 至少一种新型LWR, 超临界轻水堆, 能产生高温蒸汽吗, 但目前还没有开发.
4. 实现这一目标的一种方法是，美国将所有新的反应堆和燃料循环设施指定为符合国际原子能机构保障措施要求的设施. 这将使原子能机构有机会为新的设施类型制定核查方法——如果这些方法可行的话.
5. 该条约列出了44个必须签署和批准才能生效的国家. To date, 其中包括美国在内的8个国家尚未批准和/或签署该条约, 哪个国家已签署但未批准.
6. 尽管美国能源部表示对其选择进行了外部审查, 它没有公开公布审稿人的姓名和所属机构，也没有公开记录他们的发现.

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