美國各地核反應堆核心正采用一種新型鍍鉻燃料,該燃料由麻省理工學院和愛達荷國家實驗室(INL)研究人員合作研發,可提高反應堆效率與抗事故能力,這一合作成果改變了美國核工業發展軌跡。
在美國對核能興趣重燃的背景下,麻省理工學院研究團隊正努力開發下一代燃料,加速小型模塊化反應堆(SMR)部署,并助力啟用太空中首座核反應堆。
麻省理工學院與愛達荷國家實驗室已開展數十年密切合作,形式包括聯合研究、學生和博士后實習,以及允許INL員工在麻省理工學院長期從事研究和教學的長期協議。麻省理工學院還是巴特爾能源聯盟創始成員之一,該聯盟自2005年起為美國能源部管理INL。此合作使麻省理工學院社區有機會解決美國核工業最大問題,同時加強INL研究基礎設施。
麻省理工學院巴特爾能源聯盟核科學與工程教授雅各布·布翁焦爾諾稱,INL是美國當今核能技術領先實驗室,雙方攜手合作至關重要。多年來,眾多麻省理工學院學生和博士后在INL實習,2019年簽署的加強合作諒解備忘錄已兩次延期。
麻省理工學院負責研究的副校長伊恩·韋茨表示,雙方深厚合作歷史使其能共同貢獻實用技術,推動清潔、安全核能發展,跨部門及頂尖研究機構緊密合作可促進美國經濟繁榮、健康和福祉。
雙方聯合研究主要涉及新型核材料、燃料和儀器的測試與模擬。2011年日本福島地震和海嘯引發核事故后,全球推動開發更具事故耐受性的燃料,這是雙方規模最大的一項合作。在一系列研究中,麻省理工學院研究人員幫助識別和評估了可短期部署的合金材料,這些材料不僅能增強安全性,還能提供更高燃料密度。布翁焦爾諾解釋,新型合金能在異常情況下承受更具挑戰性的條件,不與蒸汽發生化學反應,避免氫氣爆炸,燃料可承受更大沖擊而不分解,提高了安全系數。麻省理工學院測試的燃料最終被美國各地發電廠采用,首先是伊利諾伊州奧格爾縣的拜倫清潔能源中心。
布翁焦爾諾還表示,他們與業界和國家實驗室合作開發新想法并測試,重現材料和燃料在商用動力反應堆中的運行環境。
另一項重要合作由麻省理工學院大西洋里奇菲爾德能源研究職業發展教授科魯什·希爾凡領導。其團隊分析了不同反應堆設計的成本,開發了開源工具,幫助行業領導者評估不同方案可行性。希爾凡稱,美國目前不建造核反應堆的原因是成本和財務風險,項目預算常超支,工期延長,他們做了大量工作評估風險驅動因素,還研究了不同類型反應堆的成本潛力及大規模生產后的成本變化。希爾凡的其他INL支持研究還包括探索核燃料新制造方法和測試用于月球表面核反應堆的材料。
每年夏天,麻省理工學院各年級學生都會前往愛達荷州,在INL實驗室實習研究。兩家機構還設有多個聯合研究職位,如INL杰出科學家薩西特·塞蒂納,負責麻省理工學院核反應堆實驗室(MIT - INL)反應堆儀器和傳感器物理聯合中心(CRISP)。CRISP研究重點是儀器儀表和控制領域的關鍵技術,這些領域長期阻礙核能發電發展。塞蒂納稱,對于目前輕水反應堆,運營和維護支出占單位發電成本很大一部分,為使先進反應堆具有經濟競爭力,在設計階段解決預期運營問題更合理,遠程自主運行是關鍵技術領域之一,與INL合作能為學生、教師和研究人員提供發揮真正影響力的機會。
專家共享有助于加強麻省理工學院和整個國家的核勞動力隊伍。布翁焦爾諾稱,麻省理工學院在推動國家核工業發展方面發揮著至關重要的作用。