【獨家】微型核反應爐重大突破！MARVEL冷卻系統測試成功

2020年春天，美國愛達荷國家實驗室(INL)的工程團隊啟動了一項劃時代計畫，著手設計可能改變全球能源未來的微型核反應爐測試設施。團隊靈魂人物Carlo Parisi回憶道，當時他構思出微型反應爐應用研究驗證計畫(MARVEL)冷卻系統的關鍵機制，如今這個構想已化為現實。

歷經五年研發，Parisi團隊近期完成為期三個月的「主冷卻裝置測試」(PCAT)。這項採用非核能整合測試設施的實驗，成功驗證了微型反應爐各項元件的效能，堪稱核能領域的重要里程碑。

「在陣亡將士紀念日週末，我透過分析建模與數值模擬證實冷卻方案可行。」Parisi表示，「我們進行快速估算與精細模擬，確認設計功能的完善性。」他強調，MARVEL採用的燃料、冷卻劑與幾何配置組合獨步全球，這項測試建置因此至關重要。

PCAT可視為MARVEL反應爐主冷卻迴路的精準複製品，透過電力模擬核能產熱，重現其熱水力行為。在實際核反應爐中，主迴路如同汽車散熱器，負責迴圈冷卻劑帶走反應爐核心熱量，並將其傳輸至次級系統用於發電或製程熱能。

這項測試讓工程師能在實際運轉前，全面評估冷卻系統效能、安全性與其他關鍵元件。特別的是，MARVEL採用「自然迴圈」被動機制，原理類似壁爐生熱時熱空氣在煙囪上升的現象。「首要目標就是驗證這套機制，否則可能導致核燃料過熱損壞。」Parisi解釋道。

第二項重要目標是比對實驗資料與RELAP5-3D模擬軟體的預測值。這套INL開發的軟體負責MARVEL的熱水力設計與安全分析，其準確度將直接影響反應爐安全。

研發過程曾遭遇重大挑戰，初期採用的斯特林引擎因振動與噪音問題影響系統穩定性。團隊果斷重新設計第三級冷卻系統，改採更穩定的散熱裝置。「這是關鍵轉折點，我們必須確保系統可靠性。」Parisi坦言。

面對液態金屬冷卻劑易與空氣、水產生反應的特性，INL特別與賓州專業廠商Creative Engineers合作。「他們的專業技術對處理MARVEL所用液態金屬至關重要。」Parisi強調。

測試結果顯示，PCAT能建立穩定的自然迴圈流，使MARVEL安全產生100千瓦熱功率。「PCAT驗證成功的機制，在MARVEL實際運轉時表現會更優異。」Parisi信心滿滿地表示。

意外發現是系統熱損失高於預期。「這提醒我們組裝MARVEL時需特別注意，就像房屋隔熱不佳會增加暖氣耗能一樣。」團隊也發現PCAT實驗資料與RELAP5-3D模擬結果高度吻合，偏差僅個位數百分比，驗證了這套分析軟體的可靠性。

MARVEL計畫負責人Abdalla Abou-Jaoude指出，測試結果證明現行評估標準足夠嚴謹，團隊將據此準備安全檔案送交能源部審查，邁向實體建設階段。團隊也將分析龐大實驗資料，並與國際科學界共享研究成果。

「這些成果蘊含寶貴知識，希望能推動核能應用發展。」Parisi表示。美國能源部期望透過加速微型反應爐技術測試與商業化，鞏固美國能源領導地位。「創造獨一無二的突破性系統，並累積豐富知識造福產業，這份成就感無與倫比。」Parisi感性總結。

能源部微型反應爐計畫技術總監John Jackson指出：「微型反應爐將重塑能源版圖，為各種應用場景提供彈性解決方案。這項里程碑讓我們離願景更近一步。」體積精巧、效能穩定的微型反應爐，確實為偏遠地區與工業應用開創嶄新可能。

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