密蘇里科技大學的科學家正與橡樹嶺國家實驗室合作開展美國能源部項目,研究高濃縮核燃料在小型模塊化和微型反應堆中的性能。密蘇里科技大學核工程與輻射科學副教授Ayodeji Alajo博士是該校該項目負責人。
該項目旨在測試鈾235含量在5%至20%之間的高純度低濃縮鈾(HALEU),這種燃料介于當今商用核電站使用的低濃縮鈾燃料和老式研究反應堆使用的高濃縮鈾燃料之間。研究將在密蘇里州的S&T反應堆上進行,該反應堆HALEU使用率低于20%。
項目基礎是尋找核反應堆長期運行的最佳核燃料類型,科學家要找出燃料在不同條件下的表現,以便能安全可靠使用。Alajo表示,小型模塊化反應堆和微型反應堆設計用于在無法燃料補給的地方運行多年,如偏遠社區、軍事基地甚至太空任務,這需要燃料濃縮程度高于目前商用反應堆,項目要證明這種燃料在不同條件下能安全且可預測地運行,為設計人員和監管機構提供依據。項目旨在詳細闡述HALEU在新型反應堆設計所需不同場景下的效率和性能,最終目標是將信息納入國際手冊,作為核系統許可和安全分析的參考資源。美國能源部/核管理委員會的商業規模HALEU燃料循環和運輸臨界安全支持合作項目已為該項目提供100萬美元資金。
密蘇里科技大學的反應堆(MSTR)基于核裂變原理運行,核裂變是中子撞擊原子核使其分裂,釋放更多中子、其他粒子和能量,引發鏈式反應。MSTR不利用產生的熱量發電,而商用反應堆會利用熱量將水煮沸成蒸汽推動渦輪機發電。MSTR位于容量為32000加侖的水池中,池壁采用大型石墨,便于研究團隊測試燃料在不同條件下中子減速釋放能量時的行為。據該大學稱,在200千瓦滿功率下,MSTR反應堆核心每秒可發生約6.4萬億次裂變,反應會發射出能量極高的β粒子,速度超過水中光速,進而發射出光子使反應堆核心發出藍光。反應堆被安置在巨大的輻射屏蔽池中,大學表示因其設計,即使在運行期間,任何人進入反應堆艙觀察核心也完全安全。