與谷歌和亞馬遜的合作可能會有所助益，但要將新型反應爐投入運作仍需更多投資——與時間。
圖中是一座位於斯洛伐克莫霍夫采的傳統核電廠。小型模組化反應爐的目標是比這類傳統核電廠更低價、更安全、建造速度更快。圖片來源：Janos Kummer/Getty
2023年10月，科技巨擘谷歌和亞馬遜分別宣布支持「先進」核能的合作協議，作為實現其碳中和目標的手段之一。
谷歌宣布將會購買Kairos Power公司（位於美國加利福尼亞州阿拉米達）研發的核反應爐所生產的電力。與此同時，亞馬遜正注資約5億美元給馬里蘭州羅克維爾的X-Energy反應爐公司，並同意購買由其設計、將於華盛頓州建造的反應爐所生產的電力。
為了支撐人工智慧（AI）資料中心和運算叢集日益攀升的能源需求，科技公司正著手應對此問題，上述行動正是其中一部分，也預示著更宏大的綠色願景。此前，微軟也宣布將從一家公共事業公司購買電力，該公司計劃重啟賓夕法尼亞州三哩島核電廠一座已退役的835百萬瓦反應爐。
與谷歌、亞馬遜達成的合作協議，涉及一些正引領「小型模組化反應爐」（Small Modular Reactors, SMRs）設計的新創公司。這種反應爐將由預製組件組裝而成，預期將比傳統核電廠中的反應爐更小、更便宜、更安全、可更快建造。X-energy、Kairos和其它幾家公司（部分資金由美國能源部和歐盟委員會等機構提供）所追求的設計與老牌能源公司的設計截然不同，但距離成為現實仍有一段長路。
《自然》雜誌與核能研究專家們探討了這些大型科技公司投資的意義及其可能帶來的影響。
這些合作是否能推動核工業創新？
興建核電廠——一項常受許可程序複雜、施工延期以及成本超支等問題干擾的工程——已有很高的財務風險，賭在未經驗證的技術上更是前途未卜。然而，與谷歌和亞馬遜的合作能為Kairos和X-energy提供「巨大」的推動力，美國麻省理工學院高級核能系統中心主任、核工程師Jacopo Buongiorno說。他指出：「很大價值在於宣告了信任，當然也帶來了資金。」這一宣告可能會幫助這些公司吸引更多資金，他說，從而跨越那道常常令創新理念無法躍向商業成功的「創新死亡谷」。
不過，這些協議的細節並不清晰，而且相較於這些新創公司所需的數十億美元資金，亞馬遜和谷歌提供的支持可能僅是「杯水車薪」，美國華盛頓特區「關心科學家聯盟」（Union of Concerned Scientists）核能安全主任、物理學家Edwin Lyman說。他說，「公關宣傳正超速運轉，但私人資本看起來還沒準備好承擔這種風險。」
加拿大不列顛哥倫比亞大學公共政策與全球事務學院主任、美國核能管理委員會（Nuclear Regulatory Commission）前任主席Allison Macfarlane認為，電腦科學的快速進步也提出了另一個問題：「真到了15年後，人工智慧的能耗還會這麼大嗎？」
小型模組化反應爐如何運作？
一些新創公司——以及包括東芝和勞斯萊斯在內的一些老牌企業——正在開發小型反應爐，每家公司都宣稱擁有獨特原創性和優勢。大多數公司都在尋求與現有發電設施不同的設計。
幾乎所有類型的核反應爐能量來源都是鈾原子的裂變。不穩定同位素鈾-235的原子核在被中子撞擊時會分裂並釋放更多中子，這些中子又會撞擊更多原子核，從而引發鏈式反應。核反應以熱能形式釋放出能量，傳統核電廠透過將冷水泵入反應爐爐心來吸收能量，並產生加壓蒸氣來驅動渦輪機發電。
X-energy的設計用氦氣代替水，而Kairos則計劃使用熔鹽。兩者都放棄了傳統的核燃料棒，轉而使用數千個球狀的燃料球。燃料球不斷從反應爐頂部添加，而用過的燃料球則從底部移出，有點像口香糖球機。
小型模組化設計是否具有安全優勢？
「理論上，很小的反應爐可以具有高度的被動安全性。」Lyman說。相較於2011年日本海嘯後福島第一核電廠事故中熔毀的反應爐爐心，在關閉時，小型反應爐爐心的餘熱和放射性更低。
這些公司還表示，擬建的球床反應爐本身便更加安全，因為它們不需要加壓，且其設計就是在沒有泵的情況下循環冷卻液（福島核電廠的三座反應爐失控正是由於斷電導致的水泵失靈）。
然而，Lyman認為，沒有主動冷卻選項作為備援，僅依賴具潛在不可預測性的被動冷卻是有風險的。而隨著反應爐體積減小，其效率也會下降。另一家新創公司，俄勒岡州的NuScale Power，起初設計的小型模組化反應爐（已獲美國核能管理委員會認證）計劃發電容量50百萬瓦，但後來改為更大的77百萬瓦設計。Lyman指出，對經濟效益的追求「削弱了被動安全性的可信度」。
小型模組化反應爐是否會帶來額外風險？
在某些情況下，小型模組化反應爐「可能其實會將核能推向更危險的方向」，Lyman說，「先進不一定就更好。」
Lyman特別指出，X-energy和Kairos設計的球床反應爐需使用含有10-20%的鈾-235的高含量低濃縮鈾（high-assay low-enriched uranium, HALEU）——相比之下，現有的大多數反應爐（包括NuScale的反應爐）僅需要5%的濃縮水平。雖然HALEU仍被歸類為低濃縮燃料（相對製造核彈所用的高濃縮鈾而言），但Lyman表示這一分類具有誤導性。2024年6月，他與合作者們——包括首個氫彈的設計者、物理學家Richard Garwin——在Science撰文指出，僅需幾百公斤HALEU即可製造核彈，而不需要進一步的濃縮[1]。
位於美國維吉尼亞州阿什本的亞馬遜資料中心。科技公司們正在投資核能，嘗試應對這些設施日益增長的能源需求。（圖片來源：Nathan Howard/Getty）
根據Macfarlane與合作者在2022年的研究[2]，小型反應爐也可能產生更多的核廢料，並且核燃料利用效率較低。在全尺寸反應爐中，由鈾裂變產生中子大多會穿過其中的大量核燃料，因此它們大概率會撞擊到另一個原子核，而不是撞擊反應爐的容器壁或逸散入外圍的結構。Macfarlane表示：「縮小反應爐後，其中的核燃料也會減少，這樣就會有更多的中子洩漏。」這些逸散的中子可能被其它原子核吸收並產生放射性。
NuScale解釋說，這項研究部分是基於這家公司現已棄用的50百萬瓦反應爐設計，但Macfarlane和其他人認為，這一問題可能適用於大多數小型反應爐。
小型反應爐的建造成本會更低嗎？
透過流水線製造組件這一點可以大幅降低反應爐的建造成本。但Buongiorno指出，建造更大型反應爐也存在固有的規模經濟效益。他說，聽到小型反應爐能產生更便宜的能源時「不要盲信」，核能確實有很多優點，但「它並不便宜」——而且這一點不太可能有太大改變。
然而，Buongiorno補充說，一旦技術得到驗證並達到成熟，單個小型反應爐的建造應該會比建造傳統大型反應爐更便宜也更快。這可能會使其對投資者更具吸引力，並加速其採用。
與此同時，Lyman等人擔心，對小型模組化反應爐技術的炒作——以及對降低成本的追求——可能會降低安全標準。例如，一些公司聲稱其反應爐足夠安全，無需鋼筋混凝土的防護結構。
所有這些努力能否助力於應對氣候變遷？
「我們不應該關閉現有的核電廠。我們迫切需要它們，也迫切需要擺脫化石燃料。」Macfarlane說。即使是一些堅定反對核能的人也不得不承認這一點。
但快速減少排放是否得靠建造新反應爐，這一點仍存在爭議。Macfarlane指出，太陽能板和風力渦輪機可以更快地部署。而其它評估，包括國際能源署的一份報告表明，在世界許多地方，完全依賴不穩定的太陽能和風能可能過於昂貴，即使配上大規模的電池儲能也依然如此——而核能等隨時可用的能源在未來能源供應中仍將占有重要地位[3]。