作为先进核电设施(ANPI)计划的一部分,美国空军部与国防创新部门合作,选定三家公司有望在空军设施(DAF)上开发和运营微型反应堆。近日,美军方宣布,科罗拉多州巴克利太空部队基地、蒙大拿州马尔姆斯特伦空军基地成为“先进核动力计划”(ANPI)首批两个选址,德克萨斯州圣安东尼奥联合基地被选为第三个潜在建设地点。
选定的公司与空军基地结对,这是空军提高能源韧性、使任务要求与特定地点特点相符的措施之一。美国空军能源、设施和环境助理部长迈克尔·博德斯称,未来空中和太空优势的实现离不开韧性能源,整合先进核技术既能保证电力供应,又能确保关键国家安全任务不受停电威胁,这对美国空军是关键时刻。
ANPI计划目标是2030年或更早前,在至少一个空军基地运行至少一座先进核反应堆。下一步将进行选址和环境分析,这是《国家环境政策法案》流程的一部分。此计划与阿拉斯加艾尔森空军基地的微型反应器试点项目相互独立。
三家入选公司均为先进微型反应堆开发商,使用富集度高达19.5%的HALEU TRISO燃料(U235),反应堆出口温度在650℃至750℃之间,给材料科学带来热量传递挑战。
具体到各基地及对应反应堆:
科罗拉多州巴克利太空部队基地对应Radiant Industries, Inc.的科罗拉多州巴克利SFB“辐射万花筒”高温气冷反应堆(HTGR),以氦气为主要冷却剂,出口温度750℃,适用于发电和高水平工业过程热,每个机组5年内可提供1兆瓦电力支持偏远地区关键运行。
蒙大拿州马尔姆斯特伦空军基地对应西屋政府服务公司的eVinci微型反应堆,如同“核电池”,利用碱金属热管将堆芯热量被动传递到开放式布雷顿循环,省去反应堆冷却剂泵和高压容器,可在接近大气压条件下运行,采用15兆瓦热功率堆芯设计,可产生5兆瓦电功率,堆芯设计寿命八年或更长。
德克萨斯州圣安东尼奥联合基地对应安塔瑞斯核能公司的安塔瑞斯R1微型反应堆,是一款1.5兆瓦热功率、石墨慢化、钠热管冷却的微型反应堆,主要用于快速部署和战略基础设施,采用钠热管和氮布雷顿循环,出口温度优化,可在极小空间内实现高效能量转换。
关于微型反应堆运输问题,微型反应堆开发商称产品可整体运输的说法存疑。如今年早些时候,瓦拉尔核能公司将5兆瓦微型反应堆模型从加利福尼亚州空运到犹他州希尔空军基地,模型拆成零件,动用三架C-17“环球霸王”空军运输机。而且,微型反应器开发商称产品“完全可通过卡车和标准集装箱运输”缺乏可信度,如Radiant公司的微型反应器重达70吨,比多数州际公路桥梁承重能力高30吨,铁路运输也有尺寸限制。

对于Radiant和其他微型反应堆开发商,将反应堆拆卸成可运输部件运输是关键。如西屋公司的eVinci微型反应堆以四到五个卡车装载量的模块运输,核心部件设计尺寸略大于标准ISO集装箱,但适用于重型卡车、铁路和驳船运输。
从重量和外形尺寸看,安塔瑞斯反应堆估计重量约10至15吨(一体化单元),整个系统可装入标准20英尺ISO集装箱,一架C-17“环球霸王III”运输机一次飞行最多可运载五套R1单元(包括微电网设备),标准半挂卡车、货运飞机甚至重型直升机都可运输,无需专门“超尺寸/超重”许可证;“辐射”微型反应堆重达70吨,包括反应堆堆芯、屏蔽层和集成式功率转换系统,很可能分段运输,采用先进屏蔽材料控制运输重量,其“集装箱式”外形设计可在48小时内开始发电;西屋公司的eVinci微型反应堆密封的反应堆堆芯/罐体重约15吨,装入反应堆运输容器后主模块总重约30至40公吨,整个电厂以四到五个卡车装载大小的模块运输,核心部件尺寸略大于标准ISO集装箱,可兼容多种运输方式,能部署到基础设施有限的偏远地区。