INL选定五团队测试微堆应用

Idaho美国国家实验室(INL)已选定五个商业团队，这些团队可能在其备受关注的微堆应用研究验证与评估(MARVEL)平台上展示先进应用——包括数据中心集成。MARVEL是一个85千瓦热/20千瓦电的液态金属冷却实验台，目前正在该实验室建设中。

12月4日公布的初步选择标志着"MARVEL的第一批潜在最终用户"，INL指出。这些团队包括亚马逊网络服务(AWS)、电力技术巨头通用电气日立核能公司、传感器专家Radiation Detection Technologies，以及两个独立联盟——一个由总部位于亚利桑那州的数据中心运营商DCX USA与亚利桑那州立大学牵头，另一个由油田服务公司NOV、微堆开发商Shepherd Power和能源巨头康菲石油公司组成。

初步试验将瞄准三个不同的运行前沿：展示核能处理AI数据中心波动电力负荷的能力、利用工艺热实现工业水处理脱碳，以及验证远程部署所需的自主控制。INL表示，广泛的试验范围反映了在第一批私营微堆进入市场之前降低商业集成风险的战略意图。

"通过使用MARVEL，公司可以探索微堆如何可能帮助我们赢得全球AI竞赛、解决水挑战以及更多问题，"美国能源部核能办公室微堆项目国家技术总监John Jackson表示。"MARVEL实验台展示了核能如何为我们国家开启一个更强大、更安全、更繁荣的未来。"

五个竞争性选定的团队现在计划与美国能源部(DOE)和INL工作人员开始协调阶段，制定详细的实施计划。最终协议预计在2026年达成，与该试验堆预计在2027年末或2028年初的运行时间表保持一致。

[图片：正在Idaho美国国家实验室(INL)开发的MARVEL是一个85千瓦热/20千瓦电的钠钾冷却微堆，将帮助研究人员探索先进反应堆应用，包括微电网集成、远程监测和自主控制技术。来源：DOE]

MARVEL的重要一步

正如《POWER》报道的那样，MARVEL是一个85千瓦热/20千瓦电的钠钾(NaK)冷却微堆，其设计由DOE在2021年公布，此前DOE于2019年设立了其微堆项目。该项目是首个同类试验微堆，旨在作为DOE先进微堆研发生态系统的物理实验台。位于INL的瞬态反应堆试验设施(TREAT)内，MARVEL计划在真实的核环境中实现对反应堆组件、自主控制、微电网接口和工艺热应用的集成试验。其紧凑堆芯由36根氢化铀燃料棒组成——每根燃料棒含有五个富集度为19.75% U-235的燃料芯块——由氢慢化，并由铍中子反射层包围。

该试验堆目前计划在短暂的两年期间运行，包括三个阶段。它已经完成了第一阶段的一部分，该阶段包括最终确定设计、获得环境许可、制造以及准备安全评估，最终在INL的瞬态反应堆试验设施(TREAT)进行装料和初始临界，预计在2027年末或2028年初。

[图片：MARVEL工作原理：MARVEL微堆通过两回路自然循环系统传递热能。其36根固体燃料棒——在形式上与TRIGA元件相同，但每根含有五个氢化铀燃料芯块——布置在氢慢化、铍反射的堆芯中。裂变加热一回路中的120公斤共晶钠钾(NaK)合金，通过浮力上升穿过四个中间热交换器(IHX)。这些热交换器将热量传递给四个二回路，二回路中含有共晶镓-铟-锡(eGaInSn)液态金属。每个回路连接到一个商业斯特林发动机，产生5至7千瓦电，总发电量可达20千瓦电。系统完全依靠自然循环运行——无需泵——一回路封闭在符合ASME第III卷第5分册标准的316H不锈钢容器内。主动反应性控制由包覆中子吸收体碳化硼的旋转氧化铍鼓提供，而中央保险吸收体(CIA)棒提供停堆能力。反应堆还具有非能动衰变热排出能力。来源：INL]

正如INL在2025年7月的网络研讨会上指出的那样，反应堆保护容器制造已完成，Carolina Fabricators Inc.已开始制造一回路冷却剂系统。反应堆支撑框架和反应性控制系统——配备包覆碳化硼的旋转氧化铍鼓用于主动控制，以及中央保险吸收体棒用于停堆——接下来计划进行制造。根据网络研讨会材料，最终反应堆组装目标在2026年，在TREAT的安装可能在2026年末开始，干态初始临界在2027年，过渡到满功率运行在2028年。第二阶段将持续约2年，将专注于发电试验和工业示范，而第三阶段将解决退役和辐照后检查问题。

值得注意的是，MARVEL的开发引发了一系列传承成就，通常被视为核工业的程序性"探路者"。在7月的网络研讨会上，官员们指出，该项目的环境评估报告(EA)是"历史上首个先进反应堆的环境评估报告"，为简化NEPA流程开创了先例。同样，其初步文件化安全分析(PDSA)是"历史上首个向DOE提交的新反应堆PDSA"，采用了新颖的风险指引方法，这可能为后续项目铺平道路。而且，在供应链方面，MARVEL"通过使非核供应商能够竞争来扩大供应链"，标志着"历史上首次由非N级供应商制造核容器"。他们指出，该项目还成功运行了一回路冷却剂装置试验(PCAT)——一个全尺寸、电加热的一回路系统复制品——验证了自然循环设计的热工水力模型。

对于未来的试验，INL计划利用专用试验硬件，包括RAPID-MIB(用于配电微电网的可移动弹性替代电源改进箱)，以降低微电网集成控制的风险，以及MARVEL热能回路(MTEL)，一个模块化二回路，设计用于通过400C盐或蒸汽向工业撬块提供"85千瓦热标称热量输送"。

在2025年7月的网络研讨会上，值得注意的是，DOE官员强调MARVEL明确针对"新颖应用"——"以前从未用核反应堆演示过的用例或具有有限数据的已证明应用"。他们指出，例如，"核能以前从未被证明能够直接为数据中心供电，或为化学过程提供热量"。合格的概念包括将电力负荷连接到反应堆、将储热或化学撬块接入工艺热系统、在安全基准内运行特定瞬态，或"展示新颖的控制范式"。虽然DOE表示不预期直接财务奖励，但它补充说，利益相关方可能"从新颖核应用演示中大大受益"，因为试验"可以产生大量实验数据"来降低技术风险、支持未来放大和产生可保护的知识产权。