AMPERA开发30年免换料集装箱核能系统

一家总部位于佛罗里达的初创公司计划建造工厂生产的核能系统，这些系统设计用于装入集装箱，并可在不换料的情况下运行30年。以下是该技术的工作原理及其现状。

全球对电力的需求正在激增。数据中心、工业电气化，以及可能即将到来的人形机器人浪潮，正在给原本并非为此设计的电网带来指数级的需求增长。仅靠可再生能源无法填补这一缺口，而传统核电因长达十年的建设周期和不断膨胀的预算，发展速度过慢。在这一契机下，总部位于棕榈滩花园的AMPERA公司应运而生，该公司于2025年11月脱离“隐身模式”，并提出了大胆的主张：它能以工厂生产工业设备的方式制造紧凑、密封的核能系统，而不是公用事业公司建造核电站的方式。

由首席执行官Brian Matthews创立并领导的AMPERA正在开发一种它称之为次临界钍增殖微堆的系统——这个冗长的术语包含了其与主流核工程的几处有意背离。该公司已经建造了其集装箱化反应堆系统的全尺寸模型（图1），并正在积极进行工程开发，目标是在2026年底前建成一个无燃料的原型堆。AMPERA得到了一家在人工智能、云计算和数据中心基础设施领域处于领先地位的《财富》500强全球科技公司的支持，其瞄准的三个初始市场是：数据中心、国防和海运。

[图片：1. 2026年4月8日，AMPERA为当地政府官员、媒体和投资者举办了一场开放日活动，展示其总部及其核能系统模型。此集装箱包含两个反应堆，这是一种设计用于提供高达30兆瓦电功率的配置方案。来源：POWER]

一种不同类型的反应堆

目前运行的大多数核反应堆都是临界系统，这意味着一旦启动，裂变链式反应就能自我维持。AMPERA的设计采用了根本不同的方法。其反应堆在次临界状态下运行，这意味着堆芯无法自行维持链式反应。相反，外部中子发生器持续提供中子通量，将钍增殖为铀-233，并在堆芯内维持裂变。关闭中子发生器，反应堆就停止运行。

AMPERA副总裁兼首席知识产权顾问Curtis St.Brice在接受POWER独家采访时明确表示：中子发生器就是触发器。如果需要更多功率，中子输出就会增加。如果需要停止反应堆，关闭发生器，反应就会停止。没有残余的链式反应需要管理，也没有需要等待数天的瞬态过程才能重启。

这种开关能力是AMPERA价值主张的核心。Matthews强调，传统的临界反应堆无法提供这种响应能力；一旦关闭，它们可能因氙中毒和其他瞬态效应而需要漫长的冷却和重启程序。AMPERA由外部中子源维持的次临界架构，旨在允许即时重启、稳定的爬坡速率和快速的功率变化，这使其对军事野战行动、舰船推进和数据中心园区的可变负载具有吸引力。

钍、三层结构各向同性燃料与球形堆芯

燃料的选择同样非常规。AMPERA的主要燃料不是浓缩铀-235，而是钍。钍是一种天然丰富的元素，其原始状态的放射性远低于铀，并且不能直接裂变。钍必须通过中子轰击“增殖”成铀-233，这一过程在堆芯内大约需要20到30天。一旦增殖完成，铀-233将在反应堆的整个寿命期内维持产生能量的裂变过程。

AMPERA计划使用其拥有66项全球专利保护的专有液态金属喷射工艺，将其燃料制造为三层结构各向同性颗粒。三层结构各向同性燃料将裂变材料封装在多层陶瓷和碳涂层中，形成微小而坚固的燃料芯核，能够承受极端温度。由于该公司使用天然钍，不需要铀浓缩，这一事实简化了供应链并降低了扩散担忧。

反应堆堆芯本身是球形的，选择这种几何形状是为了最大限度地提高中子效率和热工性能。堆芯直径约为三米，围绕一个内部螺旋二十四面体结构建造——这是一种复杂的、由数学定义的栅格，其通道宽度约为两毫米。这不是可以用传统机械加工方法制造的东西，而这正是AMPERA最独特的能力之一发挥作用的地方。

大规模增材制造

螺旋二十四面体堆芯结构是3D打印的。AMPERA已经用塑料打印了用于概念验证的堆芯，并用其首选的结构材料碳化硅打印了较小尺寸的堆芯。选择碳化硅是因为其能够承受高达约3000华氏度的温度，这完全在反应堆的运行范围内。全尺寸碳化硅堆芯打印的目标时间是2026年年中。

增材制造能力来自Matthews创立的另一家姊妹公司。该公司运营着一台大约10英尺乘10英尺、相当于一个小房间大小的打印机，目前已经为航运业和其他行业的商业客户提供服务。这种内部能力是AMPERA垂直整合战略的一部分，该战略涵盖从燃料制造、堆芯打印到功率转换和系统组装的所有环节。

Matthews强调，这种以制造为先的思维方式是AMPERA与更广泛的先进核能领域（在过去五年里从大约10家初创公司膨胀到100多家）的区别所在。他表示，一次建造一个反应堆，永远无法实现竞争所需的成本降低。他的目标是从一个大规模制造设施中，最终实现每年生产约300台，几乎每天一台。该公司目前正在评估其棕榈滩花园总部附近一个30万平方英尺的设施，用于其第一条生产线。

系统如何工作

每个AMPERA单元设计为可装入标准的40英尺集装箱内，即全球货运中使用的科耐克斯箱。这种外形尺寸允许系统通过卡车、铁路、船舶或军用货机运输。

集装箱内放置着由屏蔽层（铅和潜在的石墨材料组合）包围的反应堆堆芯、一个热交换器、一个汽轮发电机。一回路冷却剂是氦气，它将热量从反应堆堆芯带到热交换器。在那里，热能传递给超临界二氧化碳，后者驱动一个闭式布雷顿循环汽轮发电机来发电。该系统不使用水进行冷却，而是依靠氦气和发电侧的空气冷却冷凝器。