美国能源部 (DOE) 的阿贡国家实验室 (ANL) 正在支持三个公司开发一系列新的先进反应堆和燃料循环概念。这项工作的资金来自美国能源部核能办公室设立的加速核能创新门户 (GAIN) 计划提供的代金券计划。
根据一项协议，ANL 将与加州初创企业 Radiant Industries 合作，对 Radiant 先进的高温气冷微反应器概念中的热量产生和去除进行数值模拟。Kaleidos 微反应器是便携式的。ANL 核工程师 April Novak 表示，这种类型的反应堆与传统反应堆有很大不同，因为它的体积很小。“它的目标是核能的各种应用，例如偏远社区和电动汽车充电，”她指出。“看到阿贡的研究应用于有可能扩大核能在应对气候变化中的作用的商业概念，我觉得很有意义。”
图片：ANL 正在支持三个公司根据 DOE 计划开发一系列新型先进反应堆(上图)和燃料循环概念(由 ANL 提供)
Novak 将帮助创建微反应器在关闭条件下的高保真计算流体动力学模型，包括其被动散热系统。其中一个排热系统是空气夹套，它由反应器和屏蔽层之间的一层薄薄的环境空气组成。“空气夹套旨在被动去除衰变热，提高核电生产的安全性，”诺瓦克说。诺瓦克补充说，该奖项还将帮助研究人员根据燃料的燃烧方式确定反应堆中的热源。
Radiant 首席执行官 Doug Bernauer 表示：“我们计划成为 50 多年来第一个实现燃料测试的新型商业反应堆设计。先进反应堆的全面商业化将需要美国能源部和阿贡国家实验室和爱达荷国家实验室等多个国家实验室之间广泛、持续的合作。” ANL 在 GAIN 的支持下开展的 Kaleidos 工作是早期通过核能高级建模和仿真计划开展的工作的延伸。
第二个 GAIN 奖项目是与总部位于加利福尼亚州的 Oklo 合作的，Oklo 正在研究作为 Aurora 产品线一部分的小型快堆。ANL 核工程师 Darius Lisowski 将领导一个团队，帮助测试 Oklo 设计的针束上的高流量冷却剂。这些别针是使用最近在阿贡建立的能力制造和测试的。“我们最初为多功能测试反应堆建造了这个设施，我们的经验将很好地帮助我们帮助 Oklo 将他们的反应堆概念变为现实，”Lisowski 说。
“基本上，由于内部几何形状，关于冷却液混合物如何流过销钉，存在很多有趣的物理现象，”Lisowski 补充道。“我们正在研究极端的流动条件——每分钟超过 800 加仑的水——以观察组件各个部分的压降。”
第三个项目涉及一个由 ANL 核工程师 Melissa Rose 领导的团队，该团队正在研究由熔盐混合物供电和冷却的反应堆。尽管目前还没有商业上使用的熔盐反应堆，但罗斯说，熔盐反应堆有利于通过阿贡开发的高温处理技术回收核燃料。“理论上可以使用大约97%的核燃料;它只是被必须分离出来的裂变产物污染，”她说。“熔盐反应堆可以让我们更接近一个封闭的燃料循环，其中大部分核燃料被一遍又一遍地使用。”
在熔盐反应堆中，燃料溶解在熔盐中，液体流过反应堆。在 GAIN 资助的计划中，Rose 与位于阿拉巴马州的 Flibe Energy 合作。Flibe 正在寻求一种既可用于能源生产又可用于提供医用同位素的熔融氟化物反应器。
Argonne 开发并维护专门的设施，Rose 和她的同事将使用这些设施来测量这些熔盐的特性。这些包括熔点、相行为、热容量和热扩散率，Argonne 对这些特性的分析将帮助 Flibe 使他们的反应堆更接近建造。这是 Argonne 的第七张 GAIN 代金券，用于测量支持熔盐反应堆的特性。
