材料科學和技術的進步擴大了核電的清潔能源效益

材料科學和技術的進步有助于延長核電廠壽期，使各國能夠繼續獲得清潔能源效益。

“為長期運行而改造核電站的費用比建造新的核電廠低得多。”原子能機構核電廠運行和工程支持工作組組長Ed Bradley說，“核電廠的長期運行是提高當前核電可持續性的絕佳機會，因為它是最具成本效益的低碳電力來源之一。鑒于與過去相比我們今天所擁有的材料和技術，對于許多試圖實現去碳化的國家來說，這已經成為有吸引力和競爭力的方案。”

大多數核電反應堆最初建造時的運行壽期為30至40年。延長核電廠壽期需要評估現有核電廠，并確定它是否可以安全、可靠和具有成本效益地繼續運行到假定的退役日期之后。當核電廠運行壽期被延長時，通常可以繼續運行20至40年。

“鑒于核電廠在最初選址、設計和建造期間所做的廣泛而全面的工作，以及在整個運行過程中的老化管理，加上一定的升級和改造，許多核電廠能夠在遠超過原預期運行壽期后繼續安全運行。”原子能機構高級安全官員Robert Krivanek說。不過，他補充說，一些核電廠的某些組件和設計不容易更新或更新不具有成本效益，這意味著它們不適合長期運行。

老化核電反應堆面臨的主要挑戰之一是退化。隨著核電廠的運行，其結構和部件必須承受住高溫、緊張環境和連續運行，隨著時間的推移，這些結構和部件可能會磨損。

“常規評價和部件更換可以緩解退化，但隨著時間的推移，這可能不是經濟上最佳方案，特別是在長期運行的情況下。”Bradley說。

激光束焊接和摩擦攪拌焊接等新技術的發展，以及雙相不銹鋼等材料的發展，提供了更好的抗腐蝕能力，這意味著一些部件現在能夠更加長久耐用，使核電廠繼續運行變得更加經濟可行。

研究人員還在更好地了解核電廠的不同運行條件如何影響部件和結構。例如，加拿大安大略省的坎杜反應堆在1970年至1993年期間投入使用，通過材料科學研究和部件檢測，一些部件可以在預期的30年后再安全運行10年。而通過一項耗資185億美元的改造計劃，將使運行時間第二次進一步延長，最多可延長40年。這意味著，一些建于20世紀80年代的反應堆將安全運行到21世紀60年代。

“我們的反應堆建造時核電廠在世界上剛起步不久，我們的反應堆設計的最初預期壽期保守估計為30年。”由分布在7個國家的坎杜堆核電營運者組成的行業集團，坎杜堆所有者集團的總經理兼首席執行官Fred Dermarkar說，“隨著我們對這些設施的運行和熟悉，以及對它們老化情況的了解，我們可以認識到繼續長期運行的巨大好處。”

Dermarkar解釋了最先進的材料科學如何用于預測未來許多年的材料特性。他說：“坎杜反應堆使用稱作壓力管的部件冷卻燃料。在反應堆環境中，由于高中子通量、高溫和高壓以及冷卻水的腐蝕，壓力管的特性會隨著時間的推移發生變化。例如，為了預測腐蝕帶來的變化，我們先將經過輻照的壓力管從正在運行的反應堆中取出，然后應用技術人為地加速腐蝕，接著進行廣泛的試驗，以確定這些人為老化部件的材料特性。通過這種方式，我們可以證明這些部件能用多久。在實驗室里領先一步，我們就可以有把握地認為，這些部件將繼續安全、可靠地運行，直到其預定的改造日期。”

研究人員現在也在探索如何利用大數據評估和確定核電廠長期運行的可行性。大數據是一個術語，用于描述對非常快速、往往實時收集的極為復雜且數量龐大的數據分析，以確定趨勢和模式，并預測結果和行為。

就核電廠長期運行而言，從運行日志、反應堆測量和報告事件等核電廠運行情況中收集數百萬個數據點。通過使用核相關大數據軟件對這些數據進行挖掘，研究人員可以利用模擬工具預測核電廠的系統、結構和部件在不同狀況下的老化情況，并確定哪些可能需要更換，以及需要進行更換的大致時間。

“大數據不僅僅是未來，它正在發生，而且勢頭強勁。”Dermarkar說，“我們的核電廠正在進行現代化改造，正在配備更多便攜式、易于安裝的儀器，以收集數據并及早預測問題，使我們能夠及早采取糾正行動。我們看到實實在在的好處：我們的核電廠今天的性能比歷史上任何時候都要好。”

幫助各國實現核電廠的長期運行是原子能機構工作的一部分。原子能機構制定國際公認的安全標準，通過技術出版物提供導則，例如通過《核電廠老化管理：國際通用老化經驗教訓》出版物提供導則，以及通過長期運行安全問題同行評審工作組訪問共享專門知識。原子能機構還為世界各地的營運者、監管者和決策者討論經驗和共享良好實踐協調了一個工作組。

“長期運行的主要挑戰是保持最高的安全標準，并以經濟的方式實現這一目標。”安特吉公司核電分公司許可證展期服務負責人、原子能機構長期運行工作組組長Garry G Young說，“我們的工作組正在不斷探索如何確保高效和安全，并傳播在該領域取得的成果和進展，使研究和發展對大家都是最有益的。”