美國團隊獲資助研究太空核燃料及遠程反應堆

密蘇里科技大學與奧克里奇國家實驗室攜手,參與美國能源部的一項研究項目,探索高濃度核燃料在小型模組化反應堆及微型反應堆中的性能。該項目的負責人是密蘇里科技大學核工程及輻射科學的副教授 Ayodeji Alajo。這項研究的目標是測試高濃度低濃縮鈾(HALEU),其鈾-235的含量在 5% 至 20% 之間,這個濃度介於現今商業核電廠所使用的低濃縮燃料與舊式研究反應堆所使用的高濃縮鈾之間。

研究將在密蘇里科技大學的反應堆進行,該反應堆運行於低於 20% 的 HALEU。此項研究的基礎是尋找可用於長時間運行的核反應堆中最佳類型的核燃料。科學家希望了解燃料在不同環境下的行為,從偏遠地區到太空,以確保其安全可靠地使用。Alajo 表示:「小型模組化和微型反應堆被設計用於在無法進行加油的地方運行數年,例如偏遠社區、軍事基地甚至太空任務。」他補充道,為了達到這個目標,核反應堆需要更高濃度的燃料,超過今日商業反應堆的典型使用水平。「我們的工作是展示這種燃料在不同條件下的安全和可預測的行為,讓設計者和監管機構能夠信任它。」

該項目旨在詳細說明 HALEU 在不同情境下的效率和性能,這些情境是新反應堆設計所需的。Alajo 說:「運行密蘇里科技大學的反應堆證明這種燃料是可行的,但這與創建可轉移到下一代反應堆的基準質量數據並不相同。」最終目標是獲得的信息將可能被納入國際手冊,作為核系統許可和安全分析的參考資源。美國能源部/核監管委員會的合作項目已為該項目提供了 100 萬美元的資金支持。

密蘇里科技大學反應堆基於核裂變的原理運行。核裂變是指中子撞擊原子核並將其分裂的過程。這種分裂釋放出更多的中子和一些其他粒子,以及能量。產生的中子可以引發周圍燃料的更多裂變事件,形成鏈式反應。密蘇里科技大學的反應堆(MSTR)並不利用產生的熱能來發電,然而商業反應堆則會利用這些熱能將水煮成蒸汽,驅動渦輪發電。MSTR 被安置在一個 32,000 加侖的水池中,擁有大型石墨牆,這使得 S&T 研究團隊能夠測試燃料在不同條件下的行為,當其中子的速度減慢以釋放能量時。

根據大學的資料,當 MSTR 達到全功率 200 千瓦時,其核心每秒大約產生 6.4 兆次裂變反應。由於這些反應,β 粒子以高能量發射,其速度甚至超過水中的光速,因此會發出光子,使反應堆核心發出藍光。反應堆被安置在一個巨大的水池中,以防止輻射。大學指出,由於其設計,即使在運行時,任何人都可以安全地進入反應堆區域觀察核心。


Henderson
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