小型模塊化反應堆

在過去，核反應爐因經濟規模優勢而趨於變大。核災難，特別是1986年的車諾比核災和2011年的福島第一核電廠事故使核能受到重大打擊，全世界都暫停核能的發展，停止提供資金和關閉核電廠。

作為回應，引入了一項旨在建造小型反應爐的新戰略，建築時間更快，安全性更高與單一反應爐的建造成本較低。儘管失去了規模優勢和功率輸出大大減少，由於引入了模組化結構和預計時間較短的項目，預計融資會更容易。

支持者聲稱因為小型模組化反應爐使用標準模組，由於可在工廠大量生產，所以會變得更便宜。[12]然而，小型模組化反應爐也有一些經濟上的缺點。[13]幾項研究顯示，小型模組化反應爐的總成本與大型反應爐的成本相當。但是，關於小型模組化反應爐模組運輸的資訊極為有限。[14]反對者認為模組化建造只有在大量生產相同類型反應爐的情況下才具有成本效益，考慮到每個小型模組化反應爐的成本仍然很高。獲得足夠的訂單需要較高的市場份額。

支持者聲稱，具有成熟技術的小型模組化反應爐本質上是安全的。反對者認為多個小型反應爐會造成更高的風險。將需要更多的核燃料和核廢料運輸。小型模組化反應爐需要採用新設計和新科技配合，安全才能得到保障。

核裂變的鏈式反應以產生熱，發電。

小型模組化反應爐可用於多種設計。有些是目前反應爐的簡單版本，其他涉及全新的技術。所有建議的的小型模組化反應爐都是使用核裂變的。小型模組化反應爐的設計包含熱中子反應爐和快中子反應爐。

很多小型模組化反應爐是快堆設計，它們的燃料有很高的耗燃值，減少核廢料的數量。在更高的中子能量下，通常可以容許更多的裂變產物。增殖反應爐「燃燒」U-235，轉換增殖性材料如U-238至可用燃料。[27]

一些反應爐的設計是在釷燃料循環上運作，與鈾循環相比，釷燃料循環顯著降低的長壽命廢物放射性毒性。

行波反應爐立即使用它產生的燃料，無需去除和清潔燃料。[28]

德國聯邦核廢料管理安全辦公室 (BASE) 的一份報告指出小型模組化反應爐仍然需要大量的臨時存放核燃料和燃料運輸。在任何情況下仍然需要一個貯藏庫。[13]

冷卻系統可以使用自然循環(對流)，這除去可能發生故障的泵。對流在反應爐關閉後可繼續帶走衰變熱。

慢化劑和燃料中的負溫度係數使裂變反應受到控制，導致反應隨著溫度的升高而減慢。[29]

一些小型模組化反應爐可能需要主動冷卻糸統來支持被動系統，從而增加成本。[30]此外，小型模組化反應爐的設計對安全殼結構的需求較少。[8]

一些小型模組化反應爐設計把反應爐和乏核燃料池掩埋於地下。

較小的反應爐較容易升級。[31]

一个小型模块化反应堆的图表

對小型模組化反應爐感興趣的一個關鍵驅動因素是其聲稱的規模經濟，與大型的核反應爐相比較，這源於在製造工廠/製造廠中製造它們的能力。相反，一些研究發現小型模組化反應爐的資本成本與更大的反應爐相當。[32]建造這些工廠需要龐大資金。攤銷該成本需要大量數量，估計為 40-70 個單位。[33]

然而，小型模組化反應爐與大型的核反應爐相比較時，還應考慮小型模組化反應爐應彌補規模經濟不足的獨特特性，儘管沒有小型模組化反應爐設計提供所有這些特性。鑑於它的低裝機容量，這些特性會增加對建築物(核電廠)的數量，以獲得與大型反應爐相同功率。[34]但其本身不會增加對核電廠的需求。金融和經濟上的問題會阻礙小型模組化反應爐的建設。[9]

每個小型模組化反應爐的建造價格聲稱比普通的核電廠低，但開發利用小型模組化反應爐的價錢可能會較高，因為其小規模經濟和更多的反應爐。由於成本人員成本是固定的，單位產出電力的人員成本隨著反應爐尺寸的縮小而增加。小型模組化反應爐每單位產出電力的人員成本可能比大型反應爐的固定運轉成本高出190%。[35]根據 2019 年的一份報告，模組化建築是非常複雜的過程，「關於小型模組化反應爐模組運輸的資訊極為有限」。[14]

考慮到核電廠的規模經濟和學習效應，德國聯邦核廢料管理安全辦公室 (BASE) 進行的生產成本計算顯示，平均需要生產 3,000 個小型模組化反應爐才具有經濟效益。這是因為由於其電力輸出較低，小型模組化反應爐的建設成本相對高於大型核電站。[13]

2017 年，一項針對八家公司的能源創新改革項目研究著眼於裝機容量在 47.5 MWe 和 1,648 MWe 之間的反應爐設計。[36]該研究報告指出小型模組化反應爐的平均資本成本(美金)為$3782/kW，平均運營成本總計為 $21/MWh，均化電力成本為 $60/MWh。

Energy Impact Center創始人Bret Kugelmass聲稱數以千計的小型模組化反應爐可以同時建造，「從而降低了因施工進度延長而導致的較長借款時間相關的成本，並降低了目前與大型項目相關的風險溢價」。[37]奇異日立核能執行副總裁喬恩·鮑爾(Jon Bal)表示同意，他說小型模組化反應爐的模組化元件也將有助於降低與延長建造時間相關的成本。[37]

採用小型模組化反應爐的一個主要障礙是許可流程。它是為常規的反應爐制定開發的，可防止在不同地點簡單部署相同的單元。[38]特別的是美國核能管理委員會的許可程序主要集中在常規反應爐上。設計與安全規範，人員配備需求和許可費用，所有這些都針對電力輸出超過700MWe 的反應爐。[39]

小型模組化反應爐引起了對傳統許可過程的重新評估。2009年10月的一次研討會和 2010 年 6 月的另一次研討會審議了該主題，隨後於2010年5月舉行了美國國會聽證會。多個美國機構正在努力定義小型模組化反應爐許可。[7] 然而，一些人認為，降低安全法規以推動小型模組化反應爐的發展可能會抵消其增強的安全特性。[40][8]

美國先進反應爐示範計劃預計將在 2020 年代幫助許可和建造兩座原型小型模組化反應爐，政府資助高達 40 億美金。[41]

核擴散，或使用核材料製造核武器，是小型模組化反應爐的一個擔憂。因為小型模組化反應爐的發電能力較低和體積上較少，它們旨在部署在比傳統核電廠更多的位置。[11]預計小型模組化反應爐將在很大程度上減少人員配備水平。這種組合產生人員在物理上保護反應爐和反應爐安全等問題。[10][24]

佷多小型模組化反應爐旨在解決這些問題。核燃料可以是低濃縮鈾，低於20%的可裂變的U-235。這種少量的次武器級鈾不太適合生產核武器。一旦燃料被照射，裂變產物和裂變材料的混合物具有高放射性，且需要特殊處理，防止隨意盜竊。

有些小型模組化反應爐設計是為一次性添加核燃料而設計的。這通過消除現場核燃料處理來提高抗擴散性，並意味著燃料可以密封在反應爐內。但是這種設計需要大量燃料，這可能使其成為更具吸引力的目標。一個200MWe 堆芯壽命為30年的輕水小型模組化反應爐，在壽命結束時可能含有約2.5噸鈈。[24]

與傳統的鈾循環相比，設計用於使用釷運作的輕水堆提供了更高的抗核擴散能力，儘管融鹽反應爐具有很大的風險。[42][43]

小型模組化反應爐設施減少了核燃料的存取，因為反應爐在運輸前添加燃料，而不是在最終地點。

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