西屋电气公司和Radiant公司正在开发世界上最小的反应堆

Westinghouse Electric Company

西屋电气公司和Radiant公司正在开发一些世界上最小的反应堆。

对两座新微型反应堆的资助可能会为偏远地区带来可靠的核能。西屋电气公司（Westinghouse）为其eVinci微型反应堆获得了300万美元的资金，Radiant工业公司（Radiant Industries）为其Kaleidos微型反应堆获得了200万美元的资金，这两笔资金均于11月由美国能源部（DOE）提供。

这笔资金将有助于这些公司为在美国能源部微型反应堆实验示范项目（DOME）进行测试做好技术准备，DOME是美国首个微型反应堆试验台。该试验台目前正在爱达荷州黑脚镇（Blackfoot）的爱达荷国家实验室材料与燃料综合设施（Idaho National Laboratory’s Materials and Fuels Complex）建设当中，预计于2026年完工。在试验台进行带燃料实验之前，这些公司必须进行一项名为详细工程与实验规划（DEEP）的分析。

什么是核微反应堆？

顾名思义，微反应堆产生的能量比传统核反应堆少，其发电量为50兆瓦或更低，而大型核电厂的发电量为1吉瓦。模块化布局、可靠的电力供应以及简单的安装，使得微反应堆成为缺乏传统基础设施的偏远地区潜在的极具吸引力的能源来源。与大型反应堆不同的是，微反应堆不需要水冷系统。

与发电量最高达300兆瓦的小型模块化反应堆（SMRs）一样，微反应堆相较于大型核电厂占地面积更小、操作更加自动化且维护更少（https://spectrum.ieee.org/tag/small-modular-reactors）。小型模块化反应堆适合并入大型电网，而微反应堆可能最适合微电网或离网的农村地区、军事基地、采矿作业，甚至未来的月球设施。

美国核学会（American Nuclear Society）首席执行官Craig Piercy表示，由于微反应堆具有便携性、可快速部署以及可靠的零碳能源输出等特点，其多功能性是无与伦比的。他说：“与需要不断加油和充电的柴油发电机和电池相比，微反应堆具有显著优势。作为一种便携式清洁能源解决方案，微反应堆可能会给飓风受灾地区的灾后恢复工作带来革命性变化，并加强军事前哨站的再补给工作。”

微反应堆的燃料循环周期比传统核反应堆更长，传统核反应堆每一年半到两年就必须更换燃料（https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/introduction/nuclear-fuel-cycle-overview）。eVinci微反应堆旨在连续八年产生5兆瓦的电量，而Kaleidos微反应堆的设计输出功率为1.2兆瓦，持续时间为五年或更久（https://www.energy.gov/ne/articles/radiant-completes-study-first-kaleidos-microreactor-experiment）。

西屋电气（Westinghouse）eVinci项目副总裁Leah Crider举了一个例子，说明这种能力本可以提供关键的应急电力：2012年11月，一场猛烈的风暴袭击了阿拉斯加的诺姆，这个港口社区被冰雪封锁，无法接收当地柴油发电厂预定的冬季燃料运输。数周后，美国海岸警卫队（U.S. Coast Guard）终于穿过数百公里的海冰抵达了这个有3500名居民的小镇。如果那里有一个微反应堆的话，就可以轻松取代柴油发电厂（https://response.restoration.noaa.gov/about/media/supporting-winter-fuel-delivery-nome-alaska.html）。

“我们能够提供清洁、持续且可靠的能源，”Crider说，“它本质上就是一个电池，在八年时间里提供5兆瓦的电力而无需更换燃料。这确实是一个改变游戏规则的选择。”

Westinghouse Electric Company

西屋电气的热管冷却微反应堆

eVinci（微反应堆）的被动式热管冷却设计利用数百根碱金属管来传导石墨堆芯的热量。这降低了冷却剂损耗以及系统压力升高带来的其他风险。为了将反应堆产生的热量转化为电能，该微反应堆采用了开式布雷顿循环（open - air Brayton cycle），喷气发动机和燃气轮机也采用这种循环方式（https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/air-brayton-cycle）。

“eVinci的设计不依赖水来冷却反应堆，它没有压力，也没有可能泄漏的气体，这降低了复杂性并大大提高了安全性，”Crider说。西屋电气的工程师们最近将3.6米长的管道加热到了800多摄氏度（https://info.westinghousenuclear.com/blog/evinci-microreactor-team-is-first-to-submit-safety-design-to-doe-on-path-to-deploy-a-test-reactor）。

去年，西屋电气成为首个其仪器与控制平台获得美国核管理委员会（NRC）批准的微反应堆开发商。美国核管理委员会也接受了其主要设计标准。Crider表示，这些专题报告为eVinci将如何获得许可奠定了基础（https://www.nrc.gov/docs/ML2428/ML24283A136.pdf）。

她说：“对于一种不同于当前轻水反应堆运行体系的开创性反应堆设计而言，知道监管机构认可这种前进的道路是很重要的。”

一旦eVinci投放市场，机组将在工厂组装好并装入集装箱运送给客户。西屋电气最近在其位于匹兹堡附近新建的8100平方米的设施内，用一个14500千克的演示机组测试了这种能力。该公司将为运往爱达荷州DOME（微反应堆实验示范项目）的测试反应堆生产大约400根热管（https://info.westinghousenuclear.com/news/westinghouse-launches-evinci-microreactor-accelerator-hub）。

“这是一次重要的演示，因为我们能够从供应链获取所有部件，进行垂直组装，然后将其运送到宾夕法尼亚州，”Crider说。

eVinci已经引起了行业的兴趣，首个公布的客户是加拿大的萨斯喀彻温省研究理事会（Saskatchewan Research Council）。西屋电气也正在探索新的应用，比如与Core Power公司合作的浮动核电站，以及根据两份美国政府合同为月球基地和卫星提供动力的缩小版eVinci——AstroVinci。

西屋电气和Radiant目前正在努力完成其初步的书面安全分析，这是它们能够在爱达荷州的微反应堆实验示范项目（DOME）展示测试机组之前的关键一步。两家公司的目标都是在2030年左右将其微反应堆商业化，这将需要获得美国核管理委员会（NRC）的许可。同时，DOME测试将提供关键的运行数据，以支持潜在的监管审批。