Kairos Power完成先进反应堆石墨资格测试
摘要
Kairos Power公司完成ET-10石墨三年资格测试，验证其先进氟化物盐冷却高温堆性能。石墨作为慢化剂和反射层关键材料，已通过ASME标准认证。公司与Ibiden合作制造测试样品，并与NRG Pallas开展辐照实验研究长期性能。Hermes反应堆系列获NRC建造许可，但Hermes 1完工日期从2026年底延至2029年。
总部位于美国的Kairos Power公司已完成一项为期三年的石墨资格测试计划，验证了其先进反应堆所用制造型ET-10石墨的性能。Kairos Power的战略合作伙伴Ibiden Co Ltd提供用于反应堆反射块和内部结构部件的高纯度、近各向同性ET-10石墨。
两家公司最近完成了一项为期三年的资格认证计划，以验证ET-10石墨的性能。这涉及将近3000个试样加工到极其严格的公差，并进行破坏性测试以获取抗拉强度和其他性能数据，以满足ASME安全标准。
这项努力被认为是首个根据ASME第III卷、第5分卷HHA-III-4100高温反应堆部件设计规范获得资格认证的石墨等级。性能数据将支持Kairos Power公司Hermes反应堆系列的开发、许可和部署。
Kairos Power公司正在开发氟化物盐冷却高温堆(KP-FHR)技术，采用迭代方法，从非核工程试验装置(ETUs)到示范电站，最终实现商用堆群。Hermes 1是一座35 MWt非动力反应堆，旨在演示核热生产，其第一罐混凝土已于2025年5月浇筑。
美国核管会(NRC)于2023年为Hermes低功率示范堆(Hermes 1)颁发了建造许可证——这是50多年来美国首个获准建造的非水冷反应堆设计。2024年11月，NRC为Hermes 2(一座双机组电站，各35 MWt)颁发了建造许可证，并于4月破土动工。Kairos计划从2030年开始部署该技术的更大规模版本(188 MWt)。
石墨是Hermes反应堆设计的基本组成部分，承担着多项关键作用。该反应堆使用嵌入石墨基体中的TRISO(三层结构各向同性)燃料颗粒，形成高尔夫球大小的球状燃料。该石墨作为“慢化剂”，减缓中子速度以维持核反应。
此外，Hermes反应堆堆芯被由大型加工块组成的石墨反射层包围。该组件将中子反射回堆芯以提高效率，并保护外部金属反应堆容器免受辐射损伤。由于石墨在极高温度下保持强度，且与Flibe(氟化物盐)冷却剂相容，它也被用于容器内部提供结构支撑的安全相关部件。同样也用于工程试验装置(ETUs)。
由于核级石墨的制造方式因供应商而异，反应堆开发商必须仔细测试和鉴定计划使用的特定石墨等级。为支持这项工作，Kairos Power公司与Ibiden合作，使用ET-10石墨开展了广泛的材料测试计划。
该计划评估了广泛的物理和机械性能，包括密度、热导率和膨胀率、抗拉强度等，以确保石墨能按预期运行。
“这些结果从统计学上验证了支撑我们反应堆设计和未来许可活动所需的材料，”Kairos Power公司石墨材料首席工程师James McGladdery表示。“完成这项资格测试确保我们为反应堆堆芯中使用的石墨部件奠定了坚实的技术基础。”大多数ET-10石墨试样由Ibiden制造，其余在Kairos Power公司位于新墨西哥州Albuquerque的制造开发园区加工，以满足严格的核试验标准。
经过多次快速迭代设计周期后，Kairos Power公司在其位于加利福尼亚州Alameda的总部内部开发了专用夹具，以有效进行抗拉强度测试实验。所得数据将支持即将提交的Hermes反应堆运行许可证申请的材料文件，并为未来反应堆设计提供参考。
“我们的石墨资格认证计划展示了Kairos Power公司构建的深厚工程专业知识和垂直整合能力，”Kairos Power公司燃料与材料副总裁Micah Hackett表示。“通过将强大的供应商合作伙伴关系与内部测试能力相结合，我们能够控制成本并加速先进反应堆的材料认证。”
Kairos Power公司将继续开展补充测试计划，以研究石墨在反应堆工况下的性能。
该公司与荷兰的NRG Pallas签订了几项协议，使用Petten的高通量堆(HFR)进行辐照实验，以帮助工程师了解石墨和钢部件在整个反应堆堆芯寿命期间的性能表现。
NRG Pallas最近宣布启动第二轮ET-10辐照蠕变测试，这将帮助Kairos Power公司更好地预测其反应堆所用结构石墨的性能。第一阶段的辐照蠕变测试已于2025年11月完成，这是ET-10石墨首次进行此类实验。
材料(此处指石墨)分几个阶段进行辐照，每个阶段代表反应堆寿命的一部分。在这些步骤之间，在NRG Pallas的热室实验室中准确测量石墨的性能。这提供了材料在整个寿命期内行为的详细图景，为反应堆的安全论证提供了必要基础。
正在进行两种类型的辐照测试。ATHENA系列(石墨样品可以自由膨胀和收缩)于2月中旬开始。早期的ATLAS系列石墨进行辐照以确定蠕变效应。这些样品已经分析完毕，目前正在进行后续的ATLAS-2测试。
除了石墨研究，Kairos Power公司和NRG Pallas还在合作开展金属部件和核燃料(TRISO燃料颗粒形式)的测试计划。首批辐照预计于2027年进行。
4月，NRC批准了Kairos Power公司的请求，将Hermes试验堆设施(Hermes 1)的最终建造完成日期从2026年12月31日延长至2029年4月30日。Kairos对Hermes 1建造进度进行了审查，确定建造无法在2026年底前完成——这是NRC颁发的建造许可证CPTR–6中规定的最终建造完成日期。
Kairos现在预计Hermes试验堆设施的建造将于2028年完成。为了适应这一建造进度并纳入保守性，Kairos请求将最终建造完成日期延长至2029年。