美国各地核反应堆核心正采用一种新型镀铬燃料,该燃料由麻省理工学院和爱达荷国家实验室(INL)研究人员合作研发,可提高反应堆效率与抗事故能力,这一合作成果改变了美国核工业发展轨迹。
在美国对核能兴趣重燃的背景下,麻省理工学院研究团队正努力开发下一代燃料,加速小型模块化反应堆(SMR)部署,并助力启用太空中首座核反应堆。
麻省理工学院与爱达荷国家实验室已开展数十年密切合作,形式包括联合研究、学生和博士后实习,以及允许INL员工在麻省理工学院长期从事研究和教学的长期协议。麻省理工学院还是巴特尔能源联盟创始成员之一,该联盟自2005年起为美国能源部管理INL。此合作使麻省理工学院社区有机会解决美国核工业最大问题,同时加强INL研究基础设施。
麻省理工学院巴特尔能源联盟核科学与工程教授雅各布·布翁焦尔诺称,INL是美国当今核能技术领先实验室,双方携手合作至关重要。多年来,众多麻省理工学院学生和博士后在INL实习,2019年签署的加强合作谅解备忘录已两次延期。
麻省理工学院负责研究的副校长伊恩·韦茨表示,双方深厚合作历史使其能共同贡献实用技术,推动清洁、安全核能发展,跨部门及顶尖研究机构紧密合作可促进美国经济繁荣、健康和福祉。
双方联合研究主要涉及新型核材料、燃料和仪器的测试与模拟。2011年日本福岛地震和海啸引发核事故后,全球推动开发更具事故耐受性的燃料,这是双方规模最大的一项合作。在一系列研究中,麻省理工学院研究人员帮助识别和评估了可短期部署的合金材料,这些材料不仅能增强安全性,还能提供更高燃料密度。布翁焦尔诺解释,新型合金能在异常情况下承受更具挑战性的条件,不与蒸汽发生化学反应,避免氢气爆炸,燃料可承受更大冲击而不分解,提高了安全系数。麻省理工学院测试的燃料最终被美国各地发电厂采用,首先是伊利诺伊州奥格尔县的拜伦清洁能源中心。
布翁焦尔诺还表示,他们与业界和国家实验室合作开发新想法并测试,重现材料和燃料在商用动力反应堆中的运行环境。
另一项重要合作由麻省理工学院大西洋里奇菲尔德能源研究职业发展教授科鲁什·希尔凡领导。其团队分析了不同反应堆设计的成本,开发了开源工具,帮助行业领导者评估不同方案可行性。希尔凡称,美国目前不建造核反应堆的原因是成本和财务风险,项目预算常超支,工期延长,他们做了大量工作评估风险驱动因素,还研究了不同类型反应堆的成本潜力及大规模生产后的成本变化。希尔凡的其他INL支持研究还包括探索核燃料新制造方法和测试用于月球表面核反应堆的材料。
每年夏天,麻省理工学院各年级学生都会前往爱达荷州,在INL实验室实习研究。两家机构还设有多个联合研究职位,如INL杰出科学家萨西特·塞蒂纳,负责麻省理工学院核反应堆实验室(MIT - INL)反应堆仪器和传感器物理联合中心(CRISP)。CRISP研究重点是仪器仪表和控制领域的关键技术,这些领域长期阻碍核能发电发展。塞蒂纳称,对于目前轻水反应堆,运营和维护支出占单位发电成本很大一部分,为使先进反应堆具有经济竞争力,在设计阶段解决预期运营问题更合理,远程自主运行是关键技术领域之一,与INL合作能为学生、教师和研究人员提供发挥真正影响力的机会。
专家共享有助于加强麻省理工学院和整个国家的核劳动力队伍。布翁焦尔诺称,麻省理工学院在推动国家核工业发展方面发挥着至关重要的作用。