圖片：ANL 正在支持三個公司根據(jù) DOE 計劃開發(fā)一系列新型先進反應堆(上圖)和燃料循環(huán)概念(由 ANL 提供)

美國能源部 (DOE) 的阿貢國家實驗室 (ANL) 正在支持三個公司開發(fā)一系列新的先進反應堆和燃料循環(huán)概念。這項工作的資金來自美國能源部核能辦公室設立的加速核能創(chuàng)新門戶 (GAIN) 計劃提供的代金券計劃。

根據(jù)一項協(xié)議，ANL 將與加州初創(chuàng)企業(yè) Radiant Industries 合作，對 Radiant 先進的高溫氣冷微反應器概念中的熱量產(chǎn)生和去除進行數(shù)值模擬。Kaleidos 微反應器是便攜式的。ANL 核工程師 April Novak 表示，這種類型的反應堆與傳統(tǒng)反應堆有很大不同，因為它的體積很小。“它的目標是核能的各種應用，例如偏遠社區(qū)和電動汽車充電，”她指出。“看到阿貢的研究應用于有可能擴大核能在應對氣候變化中的作用的商業(yè)概念，我覺得很有意義。”

Novak 將幫助創(chuàng)建微反應器在關閉條件下的高保真計算流體動力學模型，包括其被動散熱系統(tǒng)。其中一個排熱系統(tǒng)是空氣夾套，它由反應器和屏蔽層之間的一層薄薄的環(huán)境空氣組成。?“空氣夾套旨在被動去除衰變熱，提高核電生產(chǎn)的安全性，”諾瓦克說。諾瓦克補充說，該獎項還將幫助研究人員根據(jù)燃料的燃燒方式確定反應堆中的熱源。

Radiant 首席執(zhí)行官 Doug Bernauer 表示：“我們計劃成為 50 多年來第一個實現(xiàn)燃料測試的新型商業(yè)反應堆設計。先進反應堆的全面商業(yè)化將需要美國能源部和阿貢國家實驗室和愛達荷國家實驗室等多個國家實驗室之間廣泛、持續(xù)的合作。” ANL 在 GAIN 的支持下開展的 Kaleidos 工作是早期通過核能高級建模和仿真計劃開展的工作的延伸。

第二個 GAIN 獎項目是與總部位于加利福尼亞州的 Oklo 合作的，Oklo 正在研究作為 Aurora 產(chǎn)品線一部分的小型快堆。ANL 核工程師 Darius Lisowski 將領導一個團隊，幫助測試 Oklo 設計的針束上的高流量冷卻劑。這些別針是使用最近在阿貢建立的能力制造和測試的。“我們最初為多功能測試反應堆建造了這個設施，我們的經(jīng)驗將很好地幫助我們幫助 Oklo 將他們的反應堆概念變?yōu)楝F(xiàn)實，”Lisowski 說。

?“基本上，由于內(nèi)部幾何形狀，關于冷卻液混合物如何流過銷釘，存在很多有趣的物理現(xiàn)象，”Lisowski 補充道。?“我們正在研究極端的流動條件——每分鐘超過 800 加侖的水——以觀察組件各個部分的壓降。”

第三個項目涉及一個由 ANL 核工程師 Melissa Rose 領導的團隊，該團隊正在研究由熔鹽混合物供電和冷卻的反應堆。盡管目前還沒有商業(yè)上使用的熔鹽反應堆，但羅斯說，熔鹽反應堆有利于通過阿貢開發(fā)的高溫處理技術回收核燃料。?“理論上可以使用大約97%的核燃料;它只是被必須分離出來的裂變產(chǎn)物污染，”她說。?“熔鹽反應堆可以讓我們更接近一個封閉的燃料循環(huán)，其中大部分核燃料被一遍又一遍地使用。”

在熔鹽反應堆中，燃料溶解在熔鹽中，液體流過反應堆。在 GAIN 資助的計劃中，Rose 與位于阿拉巴馬州的 Flibe Energy 合作。Flibe 正在尋求一種既可用于能源生產(chǎn)又可用于提供醫(yī)用同位素的熔融氟化物反應器。

Argonne 開發(fā)并維護專門的設施，Rose 和她的同事將使用這些設施來測量這些熔鹽的特性。這些包括熔點、相行為、熱容量和熱擴散率，Argonne 對這些特性的分析將幫助 Flibe 使他們的反應堆更接近建造。這是 Argonne 的第七張 GAIN 代金券，用于測量支持熔鹽反應堆的特性。