核时代的风险和奖励

它是电网上的碳涡轮机的无碳燃料，并帮助医生检测肿瘤细胞。但技术挑战和国家安全威胁都有科学家加班，以保持核能安全可靠。

从暗暗峡谷在加州中央海岸到土耳其点佛罗里达州东南部，美国是在62个核电站的99个核电反应堆，产生了大约20％的国家电能。但在一个行业困扰着颠覆性技术和强烈的竞争压力，美国核能中的未来是一定的。

在上秋季发布的状态报告中，核能学院 - 该行业最重要的游说组织绘制了一幅严峻的画面，指出了经济，监管和市场力量的“完美风暴”，威胁到红墨水的潮水下沼泽核运营商。风和太阳等可再生能源正在获得市场份额，而自向上提取的低成本天然气洪水正在推动能源价格。与此同时，由于经济衰退，消费者对电力的需求基本上是平坦的，预计至少在未来十年中每年增长不到1％。

这些经济压力正在造成损失。据核监管委员会称，自2013年以来，五个核电站自2013年关闭全国范围内的全国范围内。更多肯定会遵循。

在过去的二十年里，美国只有一家新的商业反应堆在美国上网：东田纳西州的瓦特酒吧单元2开始于去年10月开始运营。反应堆的历史强调了该行业面临的挑战。田纳西州谷权威于1973年在该网站上建设两台反应堆，但由于削弱了电力和一系列监管问题，1985年暂停了第2款。TVA于2007年恢复了反应堆的建设，在项目破裂地面后，完成工作超过四十年，总费用为64亿美元。

在佐治亚州的南二场建设了四个新的反应堆，两个在南卡罗来纳州 - 电力市场仍然严格调节，给予核运营商一些免受不受约束的竞争的保护。尽管如此，反应堆结构可以非常复杂，耗时且昂贵，使新的核电站昂贵昂贵地建立在全国各地。

2015年研究人员汤姆圣斯和乔治泰勒为能源研究所的能源研究所估计，即使是打破，新的反应堆必须为电力每兆瓦的每兆瓦40美元收费84.50美元。对于新的传统天然气厂的突破点，这超过了每兆瓦的18美元。

毫不奇怪，研究人员发现现有的核反应堆在能源市场中具有显着的成本优势，因为他们的建筑开支是几十年前的，允许平均每兆瓦的平均仅需29.60美元。

外卖很清楚：如果核运营商找到有能力，效率和生命跨度的方法，核电只能仍然是美国能源组合的重要组合。

创新枢纽

David Kropaczek在他的电脑上打开了一个幻灯片演示，展示了一个挤满了三十多名实体的名称和标志，试图拯救美国核产业，包括该国最高研究型大学，实验室和能源公司。

在页面的中心是橡树岭国家实验室的徽标，是1943年成立的开拓联邦研究机构，以利用原子的力量。第二次世界大战期间，它在田纳西州农村的庞大校园是一个领先的曼哈顿项目的领先研究所。今天，它是美国能源最大的科学和能源研究实验室，以及泰坦的家，超级计算机，一个带有299,000个处理器核心的超级计算机和710岁的系统内存，每秒都有超过27,000万亿计算。

Kropaczek，Duke Energy of Nc State核电工程教授，是研究人员的多学科团体，使泰坦的计算能力努力解决核能面临的最大技术挑战。雄心勃勃的能源计划，称为CASL，联盟用于轻型水反应堆的先进模拟，是10年，2.43亿美元努力通过科学创新来核对核对之部。

Casl表示，最近加入该计划的Kropaczek是首席科学家，专注于现实世界的解决方案，可以在业界现有的环境中实施。“这是一个有利义驱动的研发努力，”他说。“我们专注于许多多年来未解决的问题。”

联盟是一种非常真实的历史性。这是自2010年以来的能源部建立的五大能源创新中心之一，以应用多学科系统方法，以估计能源技术转型性进展的关键技术障碍。其创始合作伙伴中是核能历史中最重要的名字。除了引导组织，橡树岭国家实验室还有新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室，美国军队于1945年致力于第一次原子武器的发展;爱达荷国家实验室，科学家在1951年首次从核反应堆发电;NC州立大学，成为1953年第一届学术机构运营反应堆的学术机构;和行业领导者西屋，在1960年设计了第一家全商业加压水反应堆。

其他合作伙伴包括桑迪亚国家实验室，密歇根大学，Massachusetts理工学院，田纳西州谷权威和电力研究院。

Kropaczek在NC州的办公室只是伯灵顿工程实验室大学的Pulsar反应堆以上的两个楼层，Midcantury玻璃结构一旦被相关的新闻科学编辑为“原子第一寺”。正如他管理散落在全国各地的科学家团队的工作，并组织成六个技术焦点地区，Kropaczek似乎更像是一个看起来比牧师的外交官。毕竟，核工业面临的最大问题是如此复杂，它需要科学家在众多领域的专业知识，甚至开始寻找解决方案。一个学科的词汇可能听起来像在另一个领域工作的科学家的外语。

我们已经证明，来自不同大学和不同实验室的人，一些来自政府和学术界的来自行业，可以融合在一起做好事。

“我们所知的最令人惊讶的是，多元组可以一起工作，”Kropaczek说，只有半开玩笑。“我们证明，来自不同大学和不同实验室的人，一些来自政府和学术界的来自行业，可以融入伟大的事物。”

世界上最安全的反应堆

CASL程序的核心是一种复杂的虚拟核反应堆，称为VERA，用于反应堆应用的虚拟环境短，可以准确地模拟涉及数十种因素和力的复杂反应器操作 - 例如热液压，燃料化学和材料特性 - 所有向原子秤的方式。这是一个游戏者和工程师的游戏，寻求理解和解决似乎难以解决的问题。

基本上，Vera作为世界上最安全的反应堆运作，允许研究人员推动计算机上的反应堆性能的边缘 - 其中蒸汽换行或磨损的燃料棒不成本，没有人伤害，并用击键修理。

Vera采用一种称为耦合多体的计算方法，允许研究人员将模型与几种现象相结合到单个仿真中。例如，核工业最大的技术挑战之一是CRUD，核工程师的术语用于积聚在燃料棒上的粒子。“Crud实际上可以显着改变反应堆的功率形状，”Kropaczek解释说。“许多反应堆都经历过Crud引起的电力变化，其他反应堆经历过Crud引起的腐蚀。”

为了了解反应器内的条件，导致CRUD开发，Casl研究人员创建了一种腐蚀性材料的3D模型。该模型可以在VERA上运行作为独立应用，或者它可以与模拟燃料杆周围的水流的程序以及反应器内部中子和材料的相互作用耦合。由于VERA，研究人员可以预测在不同的操作条件下的燃料棒上积聚多少CRUD以及它将如何影响反应堆的功率水平。Vera将允许研究人员测试可以帮助核运营商管理CRUD积累的想法，最终降低了对昂贵的功率减少的需求。

要了解Crud Challenge的复杂性，请考虑各种技术团队Casl队在寻求解决方案中。一支球队专注于燃料材料和化学，另一种在辐射运输方法上，第三次在热水液上，第四次物理集成，高级建模五分之一，验证和验证第六次。此外，所有这些团队成员都不仅仅是在CRUD问题上工作。他们的时间和专业知识也适用于CASL鉴定的五种其他大挑战，包括称为颗粒层相互作用的过程，其中核燃料的热膨胀在燃料棒的外层上的应力，以及称为网格的另一个过程 -倾斜褶皱，其中振动导致燃料组件的部分彼此穿着。

赌场后

Casl研究人员一直在考虑所有创新的团队合作会发生什么，当时计划的联邦资金在两年内耗尽。迈克尔多斯特说，这就是Casl教育代表团发挥作用的地方那核工程校友杰出本科教授，核工程教授从Kropaczek在NC状态下工作。Doster，其最近的研究专注于部署小型模块化反应器，该电抗器可以在植物中制造，以便是Casl教育计划主任的传统反应堆的成本。“我们正试图采取我们开发的建模和仿真技术 - 我们正在创建的软件和新工具 - 并将其移入课堂以及行业培训计划中，”他解释道。

NC州普罗尔管理学院的教授和学生也称为，为赌场实体创造了一个商业计划，可以继续与行业合作伙伴一起举行一些计划的研发努力。

“核有在稳定的能量网格中发挥着重要作用。如果我们想搬到电动汽车并停止燃烧化石燃料，那么电力就会来自哪里？“

“核心在稳定的能量电网中发挥着重要作用，”Doster说。“如果我们想搬到电动车并停止燃烧化石燃料，那么电力就会来自哪里？”

Doster最近的研究表明，在未来几年的一些社区中，小型模块反应堆可能成为可行的选择，特别是随着美国的第一代反应堆，达到其生命跨度的极限。“有人致力于部署该设计的反应堆的策略，”他解释道。“他们将需要增强的建模和模拟能力，这些功能将受益于现在在CASL中的开发。”