Hallam钠冷堆短暂运行与退役历程

位于内布拉斯加州林肯市西南约25英里处的Hallam核电站，是美国原子能委员会反应堆示范计划的重要组成部分。但最终，该电站在其短暂的15个月运行寿命中仅运行了6,271小时，发电量约为1.925亿千瓦时。

回顾核能历史，1962年6月期的《核新闻》报道称，1962年1月实现了干临界“以验证反应堆堆芯的物理计算”。1963年7月达到满功率运行，随后因反应堆堆芯慢化剂元件缺陷，于1964年9月关闭。提议的维修被认为成本过高，因此最终Hallam核电站走到了尽头，再未恢复发电。

然而，该反应堆成功完成了试验计划，证明了钠冷反应堆能够安全地为发电提供高质量蒸汽，同时展示了液态金属钠冷却剂优异的吸热性能。

1970年6月期的《核新闻》在其封面故事中报道了Hallam核电站的退役过程。原子能委员会于1966年8月向Hallam核电站运营商Consumers Public Power District发出信函，要求进行反应堆的“退役”。

根据《退役：四个案例研究》一文（1970年6月《核新闻》第40页），原子能委员会规定的七项基本退役要求如下：

将所有燃料从厂址移除。

将所有可从系统中排出的散装钠移除。

对系统中残留的所有残余钠进行化学反应处理。

通过在反应堆空腔内，或在电站其他充分密闭的地下区域进行掩埋，以受控方式释放到环境中，或从厂址移除的方式处理放射性残留物。

对反应堆厂房运行层以上的所有电站部件进行去污；但任何不再使用或不易去污的部件应埋入反应堆空腔或电站其他充分密闭的地下区域。

在永久密封这些运行层以下区域之前，根据辐射调查确定必要，通过永久密封整个设施的运行层水平贯穿孔，并清除这些区域表面的松散污染，防止污染从电站任何地下部分释放，并防止人员进入。

通过封盖和密封所有通向反应堆容器的管道和管廊来隔离反应堆容器；提供从运行层通向反应堆容器、燃料贮存室和中间热交换器室的永久屏障；对单独放射性废物处置建筑的地下储罐表面通道进行去污和密封，或移除这些储罐进行掩埋。

移除辐照燃料的过程是一项复杂任务，因为燃料组件通过燃料操作机从燃料贮存库转移到维护室。一旦燃料组件进入维护室，燃料棒束被移除并固定在不锈钢罐中。然后将燃料装入乏燃料运输容器，运往南卡罗来纳州的Savannah River Site进行计划的后处理。

布置有141个慢化剂罐支撑的栅格板，准备固定到栅格板上。（照片：J. E. Mahlmeister/公有领域）

来自一回路冷却系统的大约55万磅钠通过铁路运往华盛顿州Richland的Hanford Works进行计划再利用。《核新闻》文章指出：“一回路系统排空后，反应堆容器底部留下约2英寸深的钠‘残留’。通过在反应堆容器上施加10 psig压力，同时在中间排空罐上抽真空，将钠泵入一次钠填充罐，将这一残留减少到不足1/4英寸。这种泵送布置需要通过反应堆装料面屏蔽层中的燃料插塞孔将管道伸至反应堆容器底部。”

来自二回路冷却系统的大约22万磅钠被移除并运往Atomics International进行再利用。“残留在二回路钠系统部件中的残余钠通过移除系统部件并在专门建造的HNPF蒸汽清洁设施中对钠进行反应来处理。没有任何二回路钠系统部件保留在HNPF的剩余结构中。”

Hallam汽轮发电机，由常规燃煤锅炉和核反应堆电站提供蒸汽。（照片：美国原子能委员会/公有领域）

最后的问题是隔离结构在封存期间应对环境因素的能力。考虑了外部因素如破坏性风、地下水和地表水。此外，还考虑了内部因素如剩余反应堆部件和钠的降解。文章指出：“反应堆容器和连接的钠管线中总共残留840磅熔融氢氧化钠，这是残余钠反应后的产物。根据这一评估，确定在隔离结构的设计寿命内，没有任何内部机制能够导致结构完整性丧失。”

至今，包括反应堆容器在内的各种反应堆部件和材料被就地封存在三个贮存区域。根据能源部的说法，“描述原反应堆厂房布局和尺寸、埋藏反应堆容器位置的文档以及详细工程信息被封存在不锈钢盒中，这些盒子固定在厂址的两个位置。”

能源部进一步估计，“根据衰变和剂量计算，退役的反应堆大约在2070年左右可以解除限制使用”，这是在Hallam退役完成101年后。能源部定期从厂址收集地下水样本，以确保没有地下水污染。估计表明，到2071年，地下水监测可以停止。

Jeremy Hampshire是一位美国核学会成员，其业余爱好是撰写核科学技术历史。他的经验包括担任首席核质量保证审核员和高级核技术顾问。