美國能源部正在投入大量資金維持美國的老舊核反應(yīng)堆繼續(xù)運行，同時為未來的核能產(chǎn)業(yè)打下基礎(chǔ)。核能仍然是美國領(lǐng)先的單一零碳電力來源。以下是美國能源部正在投入資金的五個目標。

先進理論研究

近日，美國政府宣布的一項撥款將支付1200萬美元，以資助美國各國家實驗室的科學(xué)家對核物理的邊緣問題進行高級研究。

根據(jù)能源部的一份聲明，資助的五個項目“涵蓋了核子的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)、夸克和膠子的奇異狀態(tài)、夸克—膠子等離子體的微觀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的，而且主要是理論研究，但有可能開辟廣泛的實際應(yīng)用。

“核物理學(xué)的進展為我們世界的本質(zhì)提供了重要的新見解，以及在國家安全、能源、健康和太空探索領(lǐng)域的新應(yīng)用”，核物理學(xué)科學(xué)副主任霍爾曼在一份聲明中說。

任何這樣的進步都需要“嚴格的理論框架”，以幫助科學(xué)家推動具有實際效益的下一代研究?；魻柭a充說。

這些將包括“探索更多的清潔能源選擇以及核醫(yī)學(xué)和工業(yè)的新應(yīng)用”。

培訓(xùn)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500萬美元提供給三所州立大學(xué)，以幫助他們設(shè)立課程，培訓(xùn)電氣工程師，在核反應(yīng)堆中工作。

這個聯(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)和北卡羅來納州農(nóng)業(yè)技術(shù)州立大學(xué)，將培訓(xùn)學(xué)生設(shè)計能夠在核反應(yīng)堆內(nèi)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：“我們正處于一個特殊的時間點，工業(yè)界和政府都認識到迫切需要增加電氣工程的勞動力。”

雷耶斯補充說，需要擴大就業(yè)培訓(xùn)，“以刺激國內(nèi)電力需求的增長，如芯片制造、交通電氣化、航空航天系統(tǒng)和先進的電子封裝等領(lǐng)域”。

讓老廠繼續(xù)運轉(zhuǎn)

今年早些時候通過的基礎(chǔ)設(shè)施立法，包含了60億美元的民用核信用額度，幫助保持核電廠的正常運行，否則這些電廠將被化石燃料電廠取代。

能源部上個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)電廠的運行。

該電廠已經(jīng)成為“雙碳”時代核電命運的公眾斗爭焦點，之前已被設(shè)定為到2025年分階段退役。而當(dāng)?shù)毓賳T也贊揚了這項撥款。

Salud Carbajal議員在一份聲明中說：“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(jù)能源部稱，如果該核電站也關(guān)閉，就有13個本來可以使用的核電站的在過去十年中提前關(guān)閉。

能源部將于2023年1月開始接受下一輪民用核電信貸申請。

建立核燃料供應(yīng)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)對先進反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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。

美國能源部部長珍妮弗—格蘭霍姆在一份聲明中說：“減少我們對敵對國家的HALEU燃料的依賴，并建立我們的國內(nèi)供應(yīng)鏈，將使美國能夠發(fā)展我們的先進反應(yīng)堆，并為美國人提供更多清潔、可負擔(dān)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公司，用于支付6臺離心機的開發(fā)費用，這些離心機每年可生產(chǎn)約一噸高濃縮鈾，足以滿足美國的緊迫需求。

能源部將其作為創(chuàng)建國內(nèi)HALEU產(chǎn)業(yè)的更大動力的一部分。

格蘭霍姆說：“這表明，能源部致力于與行業(yè)伙伴合作，啟動商業(yè)規(guī)模的HALEU生產(chǎn)，以創(chuàng)造更多的清潔能源就業(yè)機會，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4700萬美元用于核聚變研究。與裂變不同，核聚變能量是通過強迫原子結(jié)合而不是分裂產(chǎn)生的，這個過程不會釋放出放射性污染。

但是，驅(qū)動原子融合需要的極端高溫和高壓，目前的聚變?nèi)匀恢皇且环N理論上的能源，無法實用。

在核聚變所需的過熱溫度和壓力下，氣體會變成等離子體，這是極難控制的。

利哈伊大學(xué)的Eugenio Schuster說：“我們不能只是把它放在一個容器里，因為它將融化它所接觸到的任何東西。”他已獲得175萬美元，與研究人員一起研究這個問題。這筆錢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”場所進行的合作實驗。

對這個問題最有希望的解決方案是一個甜甜圈形狀的反應(yīng)器，其中旋轉(zhuǎn)的磁場包含不斷增長的聚變反應(yīng)。這些磁場“創(chuàng)造了一個無形的瓶子來容納它，并防止這些帶電粒子逃逸”，Schuster補充說。

Schuster駐扎在ITER——一個國際性的歐洲測試反應(yīng)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。“聚變界的每個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進行實驗——兩者都是比美國現(xiàn)有的方案更先進的“長脈沖裝置”。

在這些海外研究機構(gòu)工作“將幫助我們從這些超導(dǎo)托卡馬克設(shè)備中開展研究，以便最終我們可以在美國建立一個長脈沖反應(yīng)堆級別的裝置”，Schuster說。