LANL微堆ZiaCore实现高温零功率临界

上周，Los Alamos国家实验室宣布，其ZiaCore微堆于今年4月至5月期间，在国立临界实验研究中心（NCERC）的Deimos实验台上进行了为期四周的实验，成功在高温条件下达到零功率临界。

设计方案：根据LANL于2025年5月发布的新闻稿，自2021年ZiaCore设计启动以来，驱动其设计的核心问题是：“如果我们用现实世界中现成的材料开发一个反应堆，会发生什么？”

该团队提出了一个使用氢化锆慢化剂和热管冷却的系统，并通过LANL的实验室定向研究与开发（LDRD）计划获得了为期三年、总额550万美元的资助，项目于2023年10月启动。

尽管近年来美国在高浓度低富集度铀供应链方面取得了重大进展，但ZiaCore团队希望基于已可商用的材料进行建造，因此将该微堆设计为使用低富集度二氧化铀燃料，不过该设计也可使用HALEU。

新闻稿称，该设计可放大或缩小，使其能够适应不同的功率需求和空间限制。该团队估计，该微堆的运行寿命为八年。

“其理念是，你可以启动这台机器，产生与大型柴油发电机相同的能量，但八年内无需换料，”LANL核工程师兼该项目首席研究员Topher Matthews表示。

大部分工作是在实验室内部完成的。在3月由ANS主持的一次小组讨论中，LANL工程师Nicholas Thompson表示，ZiaCore的热管和先进慢化剂均在该实验室制造。

在8月1日的LinkedIn帖子中，Thompson表示，团队使用了现有燃料和为该项目购买的新燃料的混合物。

临界背景：虽然ZiaCore团队的成果直到上周才公布，但它早于参与反应堆试点计划（RPP）的各公司的一系列其他零功率临界试验公告，这些公司竞相争取在7月4日前达到临界。

Nuclear Newswire在截止日期临近时关注了RPP公司。三家公司——Antares、Valar Atomics和Aalo Atomics——在截止日期前达标，Oklo的Groves同位素试验堆预计也将很快达到临界。第四家公司——Deployable Energy，虽未参与RPP，但参与了能源部的核能启动平台计划——也在7月截止日期前达到了临界。

尽管零功率临界里程碑（在此状态下裂变链式反应已建立，但在产生可测量的热量或裂变产物之前即被停止）与获准商用的满功率之间存在着巨大差距，但它仍然是证明关键部件可行性的重要检查点。

据LANL称，ZiaCore团队在超过800°C的温度和近零功率临界条件下进行了一系列试验。“研究人员得以收集关于全规模系统运行和特性的关键数据，包括反应性温度系数。这些是对该系统以及更广泛的微堆开发类别所需的见解，”LANL表示。

引述：“我们ZiaCore实验的执行将支持整个核能微堆类别，”LANL核能计划办公室主任Christopher Stanek表示。“该实验将为低富集度反应堆技术提供宝贵数据，包括在Los Alamos开发的部件，并在具有代表性的反应堆温度下进行。”

LANL物理科学副实验室主任Ellen Cerreta表示：“该项目汇集了实验人员、物理学家、工程师以及生产和制造专家。”她继续说道：“团队看到了我们能源格局中的迫切需求，并能够迅速行动，依托Los Alamos在热管、材料开发和临界试验方面的优势。实验的成功不仅体现在零功率临界方面，还体现在Los Alamos如何能够转向符合国家利益的重要实际应用。”

在他的LinkedIn帖子中，Thompson提请注意从取得成果到公布之间的时间间隔，他写道：“在拖延了太久之后，我们终于可以分享，LANL在国立临界实验研究中心（NCERC）利用我们的ZiaCore临界实验达到了临界。这是对ZiaCore反应堆设计中使用的关键技术（热管冷却、氢化锆慢化）的一次示范实验，中央堆芯在超过800°C的温度下进行。该实验也是在相当小的预算下完成的——由LANL LDRD计划资助——这包括了购买新燃料、制造热管和氢化锆，以及在NCERC进行临界实验。”