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高溫氣冷堆以氦氣作為冷卻劑、石墨作為慢化劑，使用全陶瓷燃料。相對于堆芯出口溫度約為320℃的傳統(tǒng)壓水堆，高溫氣冷堆有更好的固有安全性，且堆芯出口溫度通?？蛇_(dá)750～950℃。更高的堆芯出口溫度不僅有利于提高發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效率，還可為工業(yè)部門直接提供高溫工藝熱。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，未來還能研發(fā)出堆芯出口溫度超過950℃的反應(yīng)堆。

美國、英國、加拿大、波蘭和日本等國已制定扶持方案，支持利用高溫氣冷堆滿足工業(yè)部門的高溫工藝熱需求，目標(biāo)是在本世紀(jì)20年代后期或30年代初期實(shí)現(xiàn)高溫氣冷堆的示范。下表列出了美、英、日等國企業(yè)和機(jī)構(gòu)正在研發(fā)的高溫氣冷堆設(shè)計(jì)。

美國能源部已在其“先進(jìn)反應(yīng)堆示范計(jì)劃”下為X能源公司提供資助，支持其在華盛頓州哥倫比亞縣的一個(gè)現(xiàn)有廠址建設(shè)首座Xe-100電廠。

加拿大核實(shí)驗(yàn)室（CNL）2018年4月啟動首個(gè)模塊化小堆示范項(xiàng)目，共有包括MMR和U-Battery兩種高溫氣冷堆在內(nèi)的四種小堆設(shè)計(jì)參加。其中MMR的進(jìn)展最快，已進(jìn)入示范項(xiàng)目的第三階段（共分四階段），即土地布置及其他合同談判。

雖然上述高溫氣冷堆示范項(xiàng)目均沒有涉及將高溫氣冷堆與高溫工藝熱應(yīng)用結(jié)合在一起的詳細(xì)計(jì)劃。但是各國都在推進(jìn)相關(guān)研究，例如，“歐洲地平線2020”計(jì)劃于2017年資助了一個(gè)名為GEMINI+的國際合作項(xiàng)目，目的是證明高溫氣冷堆工藝熱應(yīng)用的可行性。GEMINI+已提議用于熱電聯(lián)供的高溫氣冷堆設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，并計(jì)劃在波蘭建設(shè)一座試驗(yàn)堆。

歐洲“可持續(xù)核能技術(shù)平臺”（SNETP）正在規(guī)劃一項(xiàng)后續(xù)國際合作開發(fā)活動，重點(diǎn)關(guān)注高溫氣冷堆熱電聯(lián)供的取證和示范。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省資源能源廳2022年4月與日本原子能研究開發(fā)機(jī)構(gòu)和三菱重工（MHI）簽署合同，將建設(shè)一座與高溫工程試驗(yàn)堆（HTTR）配套的制氫設(shè)施，目的是示范HTTR高溫工藝熱制氫技術(shù)。第四代反應(yīng)堆國際論壇（GIF）正在通過國際合作開展超高溫反應(yīng)堆（VHTR）以及高溫核熱制氫技術(shù)研究。

現(xiàn)有研究表明，高溫氣冷堆在三個(gè)方面擁有很強(qiáng)的安全性。

一是非能動安全特性：帶有涂敷層的三元結(jié)構(gòu)各向同性（TRISO）燃料顆粒擁有良好的耐高溫性能和包封能力，石墨慢化劑擁有高熱容量和強(qiáng)導(dǎo)熱能力，氦冷卻劑具有化學(xué)惰性。在這些特性的共同作用下，高溫氣冷堆在事故工況下，能夠不借助外部設(shè)備或操縱員干預(yù)，將堆芯熱量轉(zhuǎn)移至外部環(huán)境。

二是在事故應(yīng)急響應(yīng)期間降低對操縱員行動的依賴：由于堆芯的低功率密度和石墨堆芯結(jié)構(gòu)件的高熱容量，高溫氣冷堆堆芯溫度在事故發(fā)生后的上升速度緩慢，為操縱員采取相應(yīng)行動預(yù)留了較長時(shí)間，通常為幾天或一周。

三是核燃料對放射性核素的穩(wěn)固包封：TRISO燃料具有很強(qiáng)的耐高溫能力，能夠在1600～1800℃的高溫下包封裂變產(chǎn)物。可以對反應(yīng)堆堆芯進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，使堆芯最高事故溫度不會超過燃料最高可承受溫度，進(jìn)而使反應(yīng)堆不會發(fā)生燃料熔毀事故。

上述安全特性已在多座反應(yīng)堆的試驗(yàn)和示范中得到證實(shí)。尤其是，日本使用HTTR進(jìn)行的“冷卻劑喪失”項(xiàng)目研究已經(jīng)證明：在運(yùn)行期間，即使喪失所有中子反應(yīng)控制功能和反應(yīng)堆冷卻功能，反應(yīng)堆也不會發(fā)生嚴(yán)重事故或向外界釋放放射性物質(zhì)。

使用高溫氣冷堆滿足工業(yè)部門的能源需求，能夠帶來下述五點(diǎn)益處。

一是幫助降低碳排放：核能是目前可供使用的全生命周期碳排放量最低的能源技術(shù)之一；使用高溫氣冷堆為工業(yè)部門提供能源，能夠大幅減少化石燃料的使用，進(jìn)而降低碳排放。

二是提供高溫工藝熱：即將建設(shè)首堆的高溫氣冷堆設(shè)計(jì)通常能提供550～700℃的工藝熱，能夠以商業(yè)規(guī)模廣泛滿足工業(yè)部門的能源需求。

三是保障能源供應(yīng)的可靠性和靈活性：與傳統(tǒng)核電廠一樣，高溫氣冷堆不僅能夠長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，還能夠根據(jù)外部能源需求調(diào)整運(yùn)行功率。如果進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，高溫氣冷堆能提供三種產(chǎn)品，即熱量、電力和儲能產(chǎn)品，并能夠在運(yùn)行期間靈活地在這三種產(chǎn)品之間進(jìn)行切換。

四是確保供應(yīng)安全性：雖然從鈾礦生產(chǎn)天然鈾，并制成鈾-235豐度超過5%的濃縮鈾燃料需要建設(shè)相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，但是目前全球有充足的鈾資源可供使用；鑒于鈾的供應(yīng)相對穩(wěn)定且燃料費(fèi)用在總運(yùn)行成本中所占比例相對較低，高溫氣冷堆的運(yùn)行成本相對穩(wěn)定，不易受國際局勢的影響，有助于其持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

五是部署靈活：高溫氣冷堆占地面積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)核電廠，且不需要使用水作為冷卻劑，對廠址的要求相對較低，可以在更廣泛的地區(qū)部署。

使用高溫氣冷堆滿足工業(yè)部門能源需求，除了需要繼續(xù)推進(jìn)高溫氣冷堆的技術(shù)研發(fā)，使其盡早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之外，國際能源署認(rèn)為需要在下述五個(gè)方面開展工作。一是就高溫氣冷堆與相關(guān)工業(yè)流程的配套運(yùn)行展開針對性研究和示范。二是與各行業(yè)人員和廣泛的干系人進(jìn)行溝通和合作。三是制定和協(xié)調(diào)相關(guān)監(jiān)管程序。四是適時(shí)建立高豐度低濃鈾（即鈾-235豐度在5%～20%之間的濃縮鈾）燃料供應(yīng)鏈。五是政府應(yīng)致力于實(shí)施碳減排政策并提供可預(yù)測且有效的激勵(lì)方案。