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”，核物理學科學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”，以幫助科學家推動具有實際效益的下一代研究。霍爾曼補充說。

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

培訓核電工程師

能源部還在資助大學教育“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，以幫助他們設(shè)立課程，培訓電氣工程師，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埃爾帕索分校、新墨西哥大學和北卡羅來納州農(nóng)業(yè)技術(shù)州立大學，將培訓學生設(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，“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?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。