SSR-W型熔盐堆燃料开发的“里程碑”意义

两公司的“新闻稿”

Moltex接受CNL资助,推进SSR燃料开发(20-04-23)[1]

英国Moltex Energy公司高兴地宣布，它已与加拿大主要的核科学与技术组织-加拿大核实验室(CNL)建立了合作关系。通过CNL的加拿大核研究创意(CNRI)提供资助，支持Moltex 为其稳定盐反应堆(SSR)开发核燃料。

Moltex北美首席执行官罗里·奥沙利文说，“这是个正面新闻，将推进我们在加拿大的项目。核能对于解决全球能源问题至关重要，因为单靠间歇性的可再生能源无法满足当前和未来的需求。全世界许多国家都“储存”现有核电厂用过的核燃料,而我们发现了清洁、安全、经济的方法，把某些人认为的核废物再循环成为我们稳定盐反应堆的燃料，创造更多的清洁能源，并显著减少长寿命放射性核素的数量”。

Moltex公司设想的SSR型熔盐堆核电厂

新不伦瑞克(NB)政府的自然资源和能源发展部部长Mike Holland阁下说，“我很高兴看到CNL和Moltex之间合作，并把SMR技术向前推进了一步”，“我们政府相信SMR技术，而且它有巨大的潜力，可为我们的经济和世界各地的绿色能源景观带来好处”。

安大略发电公司(OPG)新核能发展副总裁罗宾·曼利(Robin Manley)说，“先进核反应堆和SMR技术可以在加拿大提供清洁、无碳排放能源方面发挥重要作用，而且核燃料废物的安全、可持续管理是其中的重要组成部分”。“CNL和Moltex的合作将支持这项研究。”

这个项目将支持氧化物核废料减缩示范(ONWARD)项目的第二和第三阶段，探索核废物转化为稳定盐(WATSS)技术的商业可行性，将坎杜堆(CANDU)的乏燃料转化为新燃料，使稳定盐反应堆生产更多清洁能源。项目的第一阶段已经在进行中。

按照拟议的CNRI项目，Moltex、新不伦瑞克大学(NBU)和CNL将设计、建造和优化处理测试设备，用以处理用过的燃料。与此同时，曼彻斯特大学将在英国开展补充性的活动。收集到的数据，将支持NB电力公司在NB的莱普瑞奥角(Point Lepreau)新建WATSS设施的设计并获得许可。作为加拿大乏燃料的管理者，NB电力公司和OPG将参与该项目，提供建议和指导。

加拿大有280多万个用过的核燃料棒束，每年增加9万个。WATSS工艺流程成功的商业化将使加拿大能把这种废物转化为新燃料资源，创造低碳的清洁能源，同时减少国家现有的负担。

CNL与Moltex合作研究SMR燃料(20-04-23)[2]

通过CNL的加拿大核研究倡议(CNRI)提供资助，新研究项目探索燃料加工创新和发展。

加拿大首屈一指的核科学与技术组织加拿大核实验室(CNL)高兴地宣布，它已与Moltex达成合作协议。通过CNL的加拿大核研究倡议(CNRI)提供资助，该协议全方位支持Moltex的核燃料开发计划，用于其稳定盐反应堆，即300MW小型模块化反应堆(SMR)设计。

CNL建立的CNRI规划于2019年启动，旨在促进研究和开发，并把SMR行业与加拿大国家核实验室的设施和专业知识联系起来，加速SMR在加拿大的部署。该规划的诸多利益之一是，参与者能够优化资源，分享技术知识，并从CNL的专业知识获利，帮助推进SMR技术的商业化。

CNL科技副总裁Jeff Griffin解释说，“过去几十年，CNL在核燃料处理和加工方面积累了相当多的专业知识”，“而且认为先进的燃料研究是我们的关键战略优势领域之一。我们已经对我们的燃料规划进行了大量投资，并在未来几年继续投入。CNRI规划帮助反应堆开发商，如Moltex ，以成本有效的方式利用这些关键能力。”

加拿大正在开发或考虑的许多模块化反应堆设计利用了渐进性、甚至是革命性的燃料和制造过程。燃料方面的这些进步有望带来更高的效率和安全性，而Moltex在于减少燃料废料的存量。然而，实现这些利益之前，必须进行研究和开发，证明为核工艺流程颁发许可证的概念、技术已准备就绪。

根据拟议的CNRI项目，Moltex、UNB和CNL将在UNB的核能研究中心设计、建造和优化燃料测试装置，同时在曼彻斯特大学开展补充性活动。更具体地说，CNRI项目将见证CNL在专业设备准备、安装和调试方面对Moltex的支持。虽然最初的测试使用替代的非放材料进行，CNL的专业知识也支持将这个设施转入屏蔽设施或“热室”所需的计划、设计、成本和安全分析，使测试能用实际燃料和放射性材料完成。

收集到的数据，最终将支持在新不伦瑞克建全范围设施的设计和颁证，该设施由Moltex 、NB政府和NB电力公司联合开发。

Moltex北美首席执行官罗里•奥沙利文(Rory O’sullivan)说，“CNL的财政支持和技术专长对我们项目的成功非常重要，并将帮助我们推进研究和开发”。“核能对于解决全球能源问题至关重要，因为单靠间歇性的可再生能源无法满足当前和未来的需求。”

CNRI是个年度规划，邀请各个组织提交成本分摊的研发项目建议书，支持SMR的发展。CNL得到最初拟加入者的强烈的反响，包括加拿大和国外SMR行业主要供应商的四份申请。与Moltex 达成的协议是该规划进入这个阶段的第二个项目。

世界核能网站的报道与补充说明

最早报道这个新闻的是世界核协会的《世界核新闻》(04-24)，《中国核电网》最早在中国发布新闻概要(04-26)，英国《国际核工程》和美国的《中子节》也发布了专题新闻(04-27)[3-6]。内容各有侧重，说明这是国际核能取得进展的“大事件”。

补充说明如下：

1.Moltex是英国一家私营创业小公司，通过众筹方式筹集数百万美元开发熔盐堆。他们开发的“稳定熔盐堆”(SSR)，只是熔盐堆的一种。发明人、主创办人伊恩·斯科特(Ian Scott)博士是个化学家，退休前与核“不沾边”，而且大多数人是进入成熟核工业的“局外人”。但SSR的设计理念和技术，令业界为之振奋，普遍承认“没有新的、必须的基础研究。有足够的知识和现已验证过的仿真工具，有足够高的信心，反应堆将按预期运行”[7-9]。

图1. SSR-W模块剖面图

2.Moltex“进军”北美还是两年前的事。2017年12月向加拿大核安全委员会(CNSC)提交“颁证前”供应商设计审评(VDR)“服务”申请，2018年7月即应加拿大新不伦瑞克(NB)省和NB电力公司之邀到NB普莱瑞奥角(Point Lepreau)核电厂现场建SSR-W型熔盐堆。CNSC的审评服务(共3阶段)还处于“1、2阶段连续”的第1阶段，作为加拿大“首屈一指的核科学与技术组织”的CNL，去年7月启动的CNRI即选定Moltex作为首批入围的第二家SMR设计供应商，开展SSR-W型熔盐堆燃料开发合作。

3.核燃料供应不是核电机组设计的必要构成部分，但必须及早选定，确保可靠供应。世界首个示范熔盐堆SSR-W熔盐堆设计，特别是用乏燃料制作新燃料，实现核燃料闭环运行，Moltex开发了专项技术，根本上简化了乏燃料氧化物转化为氯化物形态的过程，并获专利[10]。但作为“业主”，提出联合研发和验证要求，甚至作为工程立项获得核设计许可的条件，也是合理的。

4.所谓“氧化物核废料减缩示范”(ONWARD)项目，就是Moltex的专利技术——燃料转化技术(WATSS)。SSR可用非常不纯的钚作燃料，燃料盐混合物可包含几乎与钚一样多的镧系裂变产物，因此有可能把乏氧化物燃料简单、廉价地转化为SSR燃料。英国曼彻斯特大学是项目的技术后援。

5.WATSS是个完整的系统，是高温冶金处理技术。WATSS的尺寸像个台球桌：一个2m×2m的装置，不到3年时间，就有能力每年处理170t乏燃料芯块，3年生产SSR-W启动的燃料。200个燃料组件组成SSR-W300型反应堆的堆芯。平均每周一次添加一个新燃料组件。

图2. 电解还原池原理

图3. 桑基图显示乏燃料在不同阶段的各种成分。所有的数字都是摩尔%。

熔盐堆燃料开发的“里程碑”意义

核电作为未来能源的重要的选项，生存能力关键取决于它的经济性。先进堆，尤其如此。

Ⅰ.近期，世界核先进国家都在为先进堆开发核燃料技术，为今后10年大规模部署商用先进堆做准备。最明显的例证是三重结构各向同性(TRISO)涂覆粒子和 高含量低浓缩铀(HALEU)，但还没有利用现有反应堆乏核燃料后处理、再循环技术生产新核燃料的先例。加拿大为SSR型熔盐堆开发“氧化物核废料减缩示范”(ONWARD)项目是唯一的例外，实质上是从核燃料“一次通过”循环向“闭路”循环的伟大尝试!

Ⅱ.现有反应堆的乏核燃料长期地表“储存”、“MOX”燃料技术或深地“可回取”式处置，是在“等待”核燃料“一次通过”与“闭路”循环之间的最终“抉择”。全世界上百万吨乏核燃料、上千吨工业级钚和上百吨核武器拆卸的军用钚长期储存，是有核国家的沉重经济“负担”，是保持和继续扩大核能利用的严重“障碍”。在这方面，加拿大的政治、经济困境并不最严重，坎杜堆乏核燃料地表“储存”100年，也没有美、俄、英、法等国的压力那么大。但加拿大选中SSR，选择了Moltex的燃料转化技术(WATSS)。提供这种核燃料，既要向“业主”付费(这种燃料是负价的)，又要立即承担各种副产品管理的责任，起码必须算清“经济账”。核燃料“一次通过”经济是“标杆”。加拿大在为世界有核国家“开辟”道路，居功至伟!

Ⅲ.传统乏核燃料再循环成功将永久性解决世界核燃料供应的资源问题。特别是长期依赖能源进口的大国，开发先进堆和核燃料闭路循环，是能源战略的“重中之重”。SSR实质上是个快谱堆，SSR-W型设计对近期消毁世界超铀元素(TRU)的作用不大。适当提高转化比R(从0.75调高接近1)，燃料供应范围更广，消耗、后处理燃料的数量更少，经济性能更好。SSR也许只是熔盐堆“过渡”性的产品，随着材料科学的进步，美国泰拉能源公司开发的氯化物熔盐快堆(MCFR)或许会成为“主流”。但相信，SSR在出走坚实“第一步”[11,12]。

早就有人写文章，题目好像是“未来看好熔盐堆”。看来不无道理。

资料与注释

1. Moltex，Moltex Receives Funding from Canadian Nuclear Laboratories to Progress Fuel Development，23 Apr 2020

2. CNL，CNL & Moltex Energy partner on SMR fuel research，April 23, 2020

3. WNN，CNL, Moltex collaborate on SMR fuel development，24 April 2020;

4. 中国核电网，加拿大核实验室与英国Moltex Energy签订小型模块化反应堆燃料合作协议，2020-04-26;

5. NEI，Canadian Nuclear Laboratories agrees collaboration with Moltex Energy，27 April 2020;

6. djysrv，Canadian National Laboratory Partners with Molten Salt Reactor Firm，Neutron，April 27, 2020

7. Moltex Energy, Moltex Round B funding successfully completed and was oversubscribed, 09 Jun 2017

8. Ian R. Scott, The stable salt reactor, NEI, 29 March 2017

9. Rod Adams，Atomic Show #242 – Moltex Energy – Ian Scott and John Durham，Atomic Insights，August 31, 2015

10. Moltex，An Introduction to the Moltex Energy Technology Portfolio，January 2018

11. MIT，The FuTure oF nuclear Fuel cycle，AN INTERDISCIPLINARY MIT STUDY，ISBN 978-0-9828008-4-3，2011-04-27

12. TerraPower，MOLTEN CHLORIDE FAST REACTOR TECHNOLOGY