人工智能巨大的能源需求会刺激核复兴吗？

上周，科技巨头谷歌和亚马逊都公布了支持“先进”核能的交易，作为其实现碳中和努力的一部分。谷歌

宣布它将购买由总部位于加利福尼亚州阿拉米达的 Kairos Power 开发的反应堆生产的电力。与此同时，亚马逊正在向位于马里兰州罗克维尔的 X-Energy Reactor 公司投资约 5 亿美元，并同意购买将在华盛顿州建造的由 X-energy 设计的反应堆生产的电力。

人工智能的核能：如何安全地重新开放三哩岛

这两项举措都是更大的绿色趋势的一部分，随着科技公司应对支持人工智能（AI）的数据中心和数字处理农场不断升级的能源需求，这一趋势已经出现。上个月，微软表示它将从一家公用事业公司购买电力，该公司计划重启宾夕法尼亚州一座退役的 835 兆瓦反应堆。

谷歌和亚马逊达成的合作伙伴关系涉及初创公司，这些公司率先设计了“小型模块化反应堆”，这些反应堆旨在由预制件组装而成。这个想法是制造比传统核电站更小、更便宜、更安全、部署更快的核反应堆。X-energy、Kairos 和其他几家公司所追求的设计（部分由诸如美国能源部和欧盟委员会）与成熟的能源公司截然不同，但在成为现实之前它们还有很长的路要走。

自然与核能研究人员交谈，探讨这些大型科技投资的重要性和可能的​​影响。

这些交易能否刺激核工业的创新？

建设核电站——这个过程经常受到复杂的许可程序、施工延误和成本超支的困扰——存在财务风险，而押注于未经证实的技术风险更大。但剑桥麻省理工学院先进核能系统中心负责人、核工程师 Jacopo Buongiorno 表示，与谷歌和亚马逊的交易可能会为 Kairos 和 X-energy 带来“巨大”推动。“最大的价值是信任投票，当然还需要一些现金，”他说。他说，此类公告可以帮助公司筹集额外资金，并跨越“创新死亡之谷”，而“创新死亡之谷”往往将有前途的想法与商业成功分开。

但交易的细节并不明确，物理学家埃德温·莱曼表示，与这些初创企业最终需要的数十亿美元相比，亚马逊和谷歌提供的支持水平可能只是“九牛一毛”。华盛顿特区忧思科学家联盟核电安全主任。莱曼表示，“公关机器即将超速运转”，但“私人资本似乎还没有准备好承担这一风险”。

加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学公共政策与全球事务学院院长、美国核管理委员会 (NRC) 前主席艾莉森·麦克法兰 (Allison Macfarlane) 表示，计算机科学的进步速度提出了另一个问题。“如果我们谈论的是 15 年后，人工智能还需要那么大的力量吗？”

小型模块化反应堆如何工作？

许多初创公司以及包括东芝和劳斯莱斯在内的一些老牌公司都在开发小型反应堆，每个公司都声称自己的独创性和优势。大多数人正在追求与迄今为止用于发电的设计不同的设计。

福岛核事故十年后的核能

在几乎所有类型的核反应堆中，能量来源都是铀原子的分裂。不稳定同位素铀 235 的原子核在受到中子撞击时会破裂，并释放出更多的中子，这些中子撞击更多的原子核，从而引发链式反应。传统核电站通过将冷水泵入反应堆核心并产生加压蒸汽来驱动涡轮机发电，从而提取由此产生的能量（以热量形式释放）。

X-energy 的设计用氦气代替水，而 Kairos 计划使用熔盐。两者都放弃了传统的核燃料棒，取而代之的是数千个圆形燃料“卵石”。鹅卵石不断地添加到反应器的顶部，而用过的鹅卵石则从底部移除，这与口香糖自动售货机的工作方式没什么不同。

小型模块化设计是否具有安全优势？

“理论上，最小的反应堆可以具有高度的非能动安全性，”莱曼说。当关闭时，小型反应堆的堆芯所含的余热和放射性比 2011 年日本灾难性海啸后的福岛第一核电站灾难中熔化的那种类型的堆芯要少。

这些公司还表示，拟议的球床反应堆本质上更安全，因为它们没有加压，而且它们的设计无需泵的帮助即可循环冷却液（正是水泵断电导致福岛核事故中的三起事故）工厂的反应堆发生故障）。

但莱曼认为，在没有主动冷却选项支持的情况下，依赖潜在不可预测的被动冷却是有风险的。随着反应堆变得越来越小，它们的效率也随之降低。另一家初创公司 NuScale Power 位于俄勒冈州波特兰，最初设计了小型模块化反应堆（经 NRC 认证），可产生 50 兆瓦的电力，但后来改用更大的 77 兆瓦设计。莱曼表示，经济运作的需要“使得被动安全的可信度降低”。

小型模块化反应堆是否会带来额外的风险？

莱曼说，在某些情况下，小型模块化反应堆“实际上可能会将核电推向更危险的方向”。“高级并不总是更好。”

Lyman 特别指出，X-energy 和 Kairos 制定的球床设计将依赖于高含量低浓缩铀 (HALEU)，与现有的铀 235 相比，它包含 10% - 20% 的铀 - 235 -大多数现有反应堆（以及 NuScale 反应堆）要求 5% 的浓缩水平。莱曼表示，HALEU 仍被归类为低浓缩燃料（与用于制造核弹的高浓缩铀不同），但这种区别具有误导性。六月，他和他的合作者——包括领导第一颗氢弹设计的物理学家理查德·加文——在一份报告中警告说科学文章称，可以用几百公斤的 HALEU 制造炸弹，无需进一步浓缩¹。

根据 Macfarlane 及其合作者 2022 年报告的工作，较小的反应堆也可能产生更多的核废料，并且燃料使用效率较低2^。在全尺寸反应堆中，铀分裂产生的大多数中子都会穿过大量燃料，这意味着它们很有可能撞击另一个核，而不是与反应堆容器壁碰撞或逃逸到核中。周围的建筑物。“当你缩小反应堆时，里面的材料就会减少，所以会出现更多的中子泄漏，”麦克法兰说。这些流氓中子可以被其他原子核吸收，然后它们本身就会变得具有放射性。

NuScale 指出，该研究部分基于该公司现已放弃的 50 兆瓦设计，但 Macfarlane 和其他人表示，这个问题可能适用于大多数小型反应堆。

建造小型反应堆会更便宜吗？

在装配线上建造组件的能力可以大大降低反应堆的建造成本。但建设更大的反应堆也存在内在的规模经济，Buongiorno 说。“不要盲目相信人们”，当他们说较小的反应堆将生产更便宜的能源时，他说：核能有很多好处，但“它并不便宜”——并且这不太可能发生重大改变。

然而，一旦技术得到证实并成熟，建造每个小型反应堆应该比建造大型传统反应堆更便宜、更快，Buongiorno 补充道。这可能会使它们对投资者有吸引力并加速其采用。

与此同时，莱曼和其他人担心，围绕小型模块化反应堆技术的炒作以及削减成本的努力可能会降低安全标准。例如，一些公司表示，他们的反应堆非常安全，不需要钢筋混凝土安全壳结构。

所有这些努力是否有助于应对气候变化？

——我们不应该——关闭现有的核电。我们迫切需要它，我们迫切需要摆脱化石燃料，”麦克法兰说。甚至一些终身反对核电的人也勉强同意。

但建造新反应堆是否是快速减排的最佳方式尚存在争议。麦克法兰指出，太阳能电池板和风力涡轮机的部署速度要快得多。其他评估，包括国际能源署一项，表明在世界许多地方，即使添加大量电池，完全依赖不稳定的太阳能和风能的成本也将高得令人望而却步，并且包括核能在内的按需能源仍将非常昂贵。在未来能源供应中发挥重要作用³。