Antares钠热管微堆实现零功率临界
摘要
Antares Nuclear公司的Mark-0钠热管微堆在美国能源部反应堆试点计划下实现零功率临界，成为首个达成该里程碑的先进反应堆。该里程碑是Antares从概念到商业部署路线图的关键一步，验证了反应堆物理和控制系统。公司计划2027年实现发电，2028年部署国防微堆。其燃料基于BWXT为美国陆军Pele项目开发的TRISO规格，燃料供应链得到Urenco商业协议支持。
Antares Nuclear Inc.的Mark-0——一种采用高浓度低富集度铀(HALEU)三层结构各向同性(TRISO)燃料块、钠热管冷却的微堆——已在Idaho美国国家实验室(INL)的反应堆和临界实验(RACE)设施中实现了零功率临界，成为在美国能源部(DOE)反应堆试点计划下达到这一里程碑的首个先进反应堆。
根据INL实验室主任John Wagner的说法，这一于6月4日宣布的进展，也标志着自1951年以来在INL厂址建造的第53个反应堆，以及50多年来在该实验室实现临界的首个新型反应堆设计。备受关注的DOE反应堆试点计划，依据特朗普总统2025年5月的第14301号行政令设立，指示DOE加速反应堆试验，并以2026年7月4日前至少实现三个先进反应堆临界为目标。
Wagner在LinkedIn帖子中解释道：“临界是指核裂变链式反应能够自我维持的状态。Antares实现的特别之处是零功率临界——链式反应在基本无能量输出的情况下得以维持。这不是发电，也不是满功率运行。这是系统有效运行的证明：是所有后续步骤所依赖的科学和工程验证。”他写道，“这个区别对于理解背景很重要。它不应贬低所发生的事情。”
从初创到临界：两年历程
零功率临界里程碑对于总部位于加州Torrance的Antares而言意义重大。该公司成立于2023年，已筹集超过1.4亿美元的私人资本，其中包括2025年12月完成的9600万美元B轮融资。该公司于1月26日宣布，DOE已批准了其Mark-0的初步安全分析报告，称该批准是反应堆试点计划下迈向制造、组装、安装和运行的关键一步。
Antares于1月12日在其Antares Prime设施开始加工Mark-0石墨堆芯，其首批反应堆的燃料制造自2025年10月起已通过BWX Technologies公司使用通过DOE分配获得的高浓度低富集度铀(HALEU)进行。Antares表示其与美国空军、太空军、美国国家航空航天局(NASA)以及美国国防部创新部门(Defense Innovation Unit)签署了协议，并正朝着在2028年为国防和太空客户进行首次部署的目标迈进。
Antares首席执行官Jordan Bramble在6月4日的LinkedIn帖子中表示：“现在Mark-0已达到临界，真正的工作才刚刚开始。我想重申这如何融入我们使技术成熟至商业潜力的更大路线图中。这应该是显而易见的，但反应堆的目标是向客户销售电力。”
Bramble表示，在完成反应堆物理实验后，Antares将执行“我们路线图的下一阶段——持续的电力生产”。Antares“之所以能快速迈向这一里程碑，是因为我们已经在一个电气原型中完成了超过6个月的满功率热试验。我们将在2026年进行该试验的2.0版本。这是一种更简单、更具迭代性的试验方式，因为没有监管流程，并且可以拆解检查材料影响。”
他补充道：“我们所有的迭代性试验都旨在使我们能够持续发电6个月以上。是数百天，而不是数百小时。我们之所以能够进行更长时间、更快速的试验，是因为我们围绕在Pele项目下开发的、经过充分验证和鉴定的燃料规格设计了反应堆。”
从Mark-0到Mark-1，再到2028年为作战人员供电
根据DOE Idaho运行办公室的一份分类排除决定文件，Mark-0是一个小型、高温、钠热管反应堆，专门为零功率临界试验配置。与发电原型不同，Mark-0版本“未配备功率转换或排热系统”，其设计旨在作为一个平台，用于在运行中验证反应堆物理、反应性控制行为以及系统级安全性能，同时不产生可测量的热输出。
但Mark-0只是Antares的第一个迭代步骤。Antares首席执行官Jordan Bramble在3月31日美国核学会的网络研讨会上表示，首次临界试验是该公司实现发电原型反应堆这一“北极星”目标的“垫脚石”。他表示，该试验将提供“对我们控制系统性能以及反应堆物理的巨大验证”，同时测试公司的DOE授权途径、供应链、燃料装载方法和组装技术。
这项工作对于其商业产品R1微堆的开发至关重要。R1是一个额定功率为100千瓦至1兆瓦的模块化、可移动单元，设计为在无需连接商业电网的情况下，换料间隔可运行六年或更长时间。R1计划采用TRISO燃料的棱柱状石墨堆芯、用于一次热传输的钠热管、鳍片管式一次热交换器，以及一个简单回热的、运行压力低于300psi的闭式氮气布雷顿循环功率转换系统。同样重要的是，Antares将该系统设计为集成在包含屏蔽的运输支架内运输，并通过一个设计用于直接连接到设施微电网的电力管理和分配节点来调节电力。Antares表示，该架构是针对可靠性、运行时间和可制造性进行了优化，而非最大功率密度。
Mark-0试验反应堆安装在INL材料和燃料综合体的钠组件维护车间Building MFC-793内，位于高架厂房东侧一个低于地平面的坑内。鉴于Mark-0预计不产生热能或电力，调试期限定在6个月以内，运行阶段少于1个月，退役期少于6个月，DOE文件表明。
DOE表示，运行后，Mark-0试验反应堆将在现场冷却30至180天，然后卸料。燃料和慢化剂块预计将被移除，封装到标准的DOE罐中，并转移到适当的贮存或处置地点。然而，该文件还指出，Antares计划在Mark-0活动后保留其高浓度低富集度铀(HALEU)TRISO燃料，并在Antares R1 Mark-1反应堆（下一个迭代版本）中使用相同的燃料。
[图片说明：BWXT准备发运为Antares Nuclear Inc.的Mark-0微堆制造的三层结构各向同性(TRISO)燃料块。该微堆于2026年6月4日在DOE反应堆试点计划下实现了零功率临界。来源：BWXT]