据《连线》杂志报道,核反应堆的设计并非千篇一律。科学家会根据燃料、冷冻剂和各种配置来设计核电站,下面一组反应堆图片就充分展现了这一点。这些图片最早刊载于20世纪70年代和80年代出版的《国际核工程学》(Nuclear Engineering International)杂志上。
美国桑迪亚国家实验室核工程师唐纳德-柯尼弗(Ronald Knief)是位收藏家,他的藏品中就包括这些核反应堆设计图。日前,柯尼弗在爱达荷国家实验室图书馆的帮助下完成了设计图收集工作,开始将其数字化。设计图共有一百多张,其中8张现已被永久收藏于新墨西哥州大学的图书馆。
柯尼弗说:“这不是CAD或CAM之类的事情,而是真正的艺术。”同许多期美国《国家地理》杂志刊登的地图一样,这些也是一些插图,可以像海报一样展开,贴在墙上。在新墨西哥大学任教期间,柯尼弗还将它们当作教辅工具,作为教科书的插图。
新墨西哥大学图书馆管理员堂娜-克罗默(Donna Cromer)与柯尼弗合作完成了这个项目。她说:“他将大多数核反应堆设计图保存下来,别人很难做到这一点,包括出版商。”这些剖面图是根据不同国家建造的反应堆绘制出来的,主要体现反应堆设计的多样性。柯尼弗选择以下图片作为介绍核工业发展历程的代表。柯尼弗说:“每一幅图都是先进的特定类型反应堆的代表。”
1.“道格拉斯角”反应堆
“道格拉斯角”反应堆
“道格拉斯角”(Douglas Point),是个沸水反应堆。在这类发电站,冷却水直接流经燃料,沸腾变成蒸汽,驱动涡轮机运行。柯尼弗说:“这是直接循环,类似于传统燃煤发电厂。”沸水反应堆是美国常用的反应堆。
2.SNUPPS反应堆
SNUPPS反应堆
在美国,占据主导地位的核电站类型是压水反应堆。标准化核电站系统(简称SNUPPS)是西屋电气公司建造的众多压水反应堆之一。在这类系统中,高压令流经堆芯的冷却水不会蒸发。接下来,温度极高的水被疏导至热交换器,将能量传输至第二套压力更低的管道。管道中的水会变成蒸汽,令发电机保持运转。
3.“大海湾”反应堆
“大海湾”反应堆
“大海湾”(Grand Gulf)是美国通用电气公司设计的沸水反应堆。通用电气、西屋和巴威(Babcock & Wilcox)等三家公司垄断了美国的核发电市场。
4.CANDU反应堆
CANDU反应堆
各国核工业采用的设计并不相同。例如,在加拿大,天然铀而不是浓缩铀被用来驱动CANDU反应堆。天然铀由纯度超过99%的铀238构成,铀235所占比重不到1%。浓缩铀提高了铀235的浓度,从而增加了一定数量铀中发生的裂变量。CANDU反应堆的慢化剂是重水,重水具有多余的氘同位素。之所以使用重水,是因为与正常的水相比,它吸收中子的可能性更小,令核反应不会遭到“扼杀”。
5.“富尔顿”反应堆
“富尔顿”反应堆
“富尔顿”(Fulton)反应堆不同于常规反应堆,因为它采用石墨连同铀作为燃料,类似于美籍意大利物理学家恩里科-费米及同事在芝加哥大学足球场地下建造的世界上第一座核反应堆。其冷却剂采用的是氦气。
6.奥斯卡尔沙姆核电站
奥斯卡尔沙姆核电站
奥斯卡尔沙姆核电站是正在瑞典投入使用的10座反应堆之一。尽管瑞典的水力发电技术十分发达,核反应堆仍给这个国家带来相当于该国发电总量45%左右的电力。奥斯卡尔沙姆核电站采用的是沸水反应堆。
7.“超级凤凰”反应堆
“超级凤凰”反应堆
“超级凤凰”(Super-Phenix)是世界上唯一一座满负荷运转的液态金属快中子增殖反应堆。或许听上去有些难以理解,但多年来,美国核研发计划的主要工作都用于这种发电站了。快中子增殖反应堆产生的可裂变物质量超过其使用的可裂变物质量。换言之,你获得的钚量超过投入的钚和铀总量。在一个钚对于核武器制造不可或缺以及铀矿资源相当紧缺的年代,增殖反应堆便成了畅销品。“超级凤凰”反应堆的建设始于1976年,1986年与电网相连,20世纪90年代末期关闭。在此期间,这座反应堆遭遇了各种各样的问题,停工时间总计超过了运行时间。