Natura正采用雙軌監管策略,在商業部署其核反應堆之前驗證工程模型。
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美國能源部批準了一項《核安全設計協議》,為阿比林基督大學正在建造的一座實驗性熔鹽反應堆確立了監管協調。該協議由核能開發商Natura Resources負責管理,確立了評估液態燃料研究堆主要安全特性、結構材料及運行限值的技術規程。這一監管步驟為聯邦政府授權設施建造和系統測試提供了基準參數。
獲批的安全框架重點關注液態燃料核能架構所獨有的物理和流體化學特性。依賴封裝在金屬棒內的固體濃縮鈾燃料芯塊的傳統輕水堆不同,該設計將四氟化鈾直接溶解在熔融氟化鹽基質之中。
與固體燃料水堆截然不同
液態鹽同時充當燃料介質和主回路冷卻劑。當鹽混合物穿過中央石墨堆芯結構時,受控的核裂變產生超過600攝氏度的運行溫度,同時全程保持在非常壓的管道回路內。
其運行熱力學呈現出與固體燃料水堆截然不同的安全與機械特性。傳統輕水堆要求液態冷卻劑處于高壓之下——通常接近每平方英寸2250磅——以防止在運行溫度下沸騰。
相比之下,熔融氟化鹽混合物在常壓條件下即可保持液態,通常在每平方英寸15至20磅的壓力下運行,同時沸點閾值高達1400攝氏度以上。
在接近大氣壓條件下運行,可降低安全殼、熱交換器及主管道所承受的機械應力,從而消除了壓力驅動型失冷事故的物理誘因。
被動安全系統及部署策略
堆芯反應性控制和應急停堆系統依賴的是被動物理原理,而非機械泵或有源電氣系統。主反應堆容器連接到一個位于堆芯正下方的專用排放罐。
當溫度意外升高或發生斷電時,被動式冷凍閥在失去電源時融化,使液態燃料鹽在重力作用下排入下方貯罐。
貯罐的幾何結構使燃料鹽分離,無需人工干預或后備電源便可終止鏈式反應。衰變熱通過罐壁被動散出,使燃料鹽降溫并在450攝氏度以下凝固。
Natura Resources正在運用雙軌監管策略來驗證工程模型,然后再進行美國首座先進液態燃料核反應堆的商業部署。能源部的協議涵蓋這臺1兆瓦熱功率的示范裝置(命名為MSR-1),該裝置安置于大學研究設施內。
瞄準發電以外的領域
該公司正與美國核管理委員會開展預申請活動,旨在為更大的商業機組獲取許可證。運行初始研究回路將收集關于鹽凈化、熱腐蝕速率、中子輻照下的材料耐久性以及燃料鹽化學的經驗數據,這些都是校準全尺寸反應堆安全分析程序所必需的。
商業部署計劃優先考慮發電以外的高溫熱能應用。一個二次冷卻劑回路通過隔離式熱交換器將熱量從主核系統傳遞給外部工業過程。
今年早些時候,Natura與NGL Energy達成協議,評估將一座100兆瓦熱功率的熔鹽堆設計與二疊紀盆地的水處理基礎設施進行耦合。
由二次鹽回路輸送的熱能可為工業蒸餾系統提供動力,以凈化“產出水”——一種油氣開采過程中產生的富含礦物質的廢水副產品,將其轉化為可供工業、農業和算力設施使用的水資源。
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