美国加速熔盐氯化物堆临界实验
摘要
美国能源部批准为MCRE最终开发阶段提供成本分担资金，目标于2027年实现全球首次快中子能谱熔盐氯化物堆临界。项目总成本约1.7亿美元，将在INL完成燃料生产、设施改造、安全授权、冷态试验及装料，并为未来商业和海事部署提供实证数据。
美国能源部（DOE）已批准通过其先进反应堆示范计划（ARDP），为熔盐氯化物反应堆实验装置（MCRE）的加速推进最终阶段提供成本分担资金。该项目是一项合作计划，参与方包括Southern Company、Idaho美国国家实验室（INL）和英国初创企业Core Power。
MCRE旨在成为全球首个达到临界的快中子能谱熔盐氯化物反应堆实验装置。该实验预计最早于2027年实现首次临界。迄今为止，对快中子能谱熔盐行为的认识完全依赖模型。该项目将获得有关燃料行为、反应堆物理和整体性能的实证数据。
MCRE的数据将为TerraPower熔盐氯化物快堆（MCFR）设计的核安全许可路径和未来商业部署奠定基础。此前，INL通过简化MCRE所需氯化铀燃料盐基质的可持续生产流程，实现了一项重大里程碑。
最初于2020年承诺推进该项目的公私合作伙伴关系，由DOE与一个由行业领先机构组成的核心联盟共同构成：
- Southern Company（担任主要受资助方和项目牵头方）；
- TerraPower（提供核心熔盐氯化物快堆设计）；
- Core Power（重点负责海事和工业系统部署）；以及
- INL（承载反应堆实验并合成燃料）。
2020年12月，DOE在ARDP风险降低路径下选定该联盟的提案，从而巩固了这一合作关系。尽管该团队还与Orano Federal Services、美国电力研究院（EPRI）和3M等技术机构合作，但核心合作伙伴仍是Southern Company、TerraPower、Core Power和DOE。
2023年8月，DOE发布了最终环境评估和无显著影响认定，为项目继续推进扫清了障碍。2025年9月，INL交付了首批基准批次的富集氯化铀燃料盐；截至次年3月，又完成了随后四个主要开发批次燃料盐基质的生产。
DOE现已批准注入成本分担资金，以加速推进实现临界前的最终开发阶段，目前目标是在2027年达到临界。随后，相关运行工作将在INL的Materials and Fuels Complex内Laboratory for Operations & Testing in the US（LOTUS）实验台启动。
该实验计划设置为期六个月的实证数据采集期，之后将退役。在MCRE试验期间获取的实证数据，将正式用于指导TerraPower全尺寸熔盐氯化物快堆（MCFR）的商业和海事部署；后者计划于21世纪30年代开始运行。
MCRE项目的估算总成本约为1.7亿美元。DOE通过ARDP为项目成本的80%提供资金，其余20%由Southern Company、TerraPower和Core Power牵头的私营联盟分担。
为在2027年前实现首次临界，该项目必须完成以下主要技术和监管里程碑：
- 燃料生产完成（2025—2026年）：Idaho美国国家实验室（INL）必须完成剩余批次专用富集氯化铀燃料盐基质的加工。
- LOTUS设施改造（2026年）：必须完成LOTUS的升级工作；这是一座具有重型屏蔽的实验台，将用于容纳实验反应堆堆芯。
- 最终安全授权（2027年初）：DOE必须发布最终安全设计授权，以允许向反应堆组件装载真实燃料。
- 堆芯组装与冷态试验（2027年年中）：反应堆部件完成实体安装后，将使用非核替代盐开展机械、热工和水力试验。
- 装料与临界（2027年末）：必须将氯化铀燃料装入反应堆，首次启动自持核链式反应。
INL核科学与技术副实验室主任Jess Gehin表示：“MCRE将成为全球首个达到临界的快中子能谱熔盐氯化物反应堆。它将直接测量这种新型反应堆在持续裂变期间的行为，而这些数据迄今仅来自模型。利用实际运行证据改进这些模型，将减少未来反应堆设计者和监管机构面临的不确定性。”
Southern Company负责研究、环境与可持续发展的高级副总裁Dr Mark S Berry表示，公私合作伙伴关系对于推动能源技术从概念走向示范至关重要。他指出：“通过DOE、Idaho美国国家实验室与行业合作伙伴之间的协作，MCRE将有助于拓展对熔盐堆技术的认识，并帮助未来开发商降低技术不确定性。”
Core Power首席执行官Mikal Bøe表示：“这一独特实验产生的数据，将有助于确定我们应如何发展工程技术、核安全许可体系和一条全新的供应链，从而实现快中子能谱熔盐堆的实际商业部署……将MCRE所代表的新型核燃料循环开发路径与Core Power的海事核能开发路径相结合，将创造独特机遇，最终向全球新市场提供可持续的核燃料解决方案。”